JP6388535B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、電動パワーステアリング装置において、電動モータの出力をステアリング機構に伝達する機構（伝達手段）の伝達異常を判定し抑制する技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、以下のように構成されている。すなわち、電動パワーステアリング装置は、ベルト・プーリ機構からなる減速機構と、ステアリングホイールの操舵角度を検出する操舵角センサと、電動モータの回転軸の回転速度を検出する回転速度センサとを備えている。操舵角度および回転速度はＥＣＵに入力される。操舵角度はＥＣＵで微分されて、操舵速度が演算される。ＥＣＵは、回転速度および操舵速度からベルト・プーリのスリップ率を求め、このスリップ率と所定の閾値とを比較する。そして、スリップ率が閾値を越えている場合には、減速機構に伝達異常（ベルトのすべり等）が生じていると判定し、異常報知部によって運転者に異常を報知させるための信号を出力する。

特開２００８−１０５６０４号公報

電動モータの出力をステアリング機構に伝達する機構（伝達手段）に、機械的衝撃緩和を目的として、トレランスリング、クラッチ等のトルクリミッタを設ける場合には、衝撃荷重を連結部材の相対変位（摩擦滑りなど）で吸収緩和できる。そのため、衝撃荷重が生じた場合でも、致命的な連結不能ではない限り、電動パワーステアリング装置を継続使用可能とするべく電動モータを継続して制御できることが望ましい。
本発明は、衝撃荷重が生じた場合でも致命的な伝達不良でない限り電動モータを継続して駆動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。

かかる目的のもと、本発明は、車両のステアリングホイールの操舵に対してアシスト力を付与する電動モータと、前記電動モータのアシスト力をラック軸に伝達する伝達手段と、前記電動モータの回転角度を検出する検出手段と、前記伝達手段に伝達異常が生じた場合に前記検出手段で検出された検出回転角度を補正する補正手段と、前記補正手段で補正された補正後回転角度に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御手段と、を備え、前記補正手段は、前記伝達手段により伝達されなかった回転角度に基づいて、前記検出回転角度を補正することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段をさらに備え、前記補正手段は、前記操舵角検出手段が検出した操舵角に基づいて算出した操舵角速度に対応する前記電動モータの回転速度と、前記検出回転角度に対応する回転速度との差に基づいて算出した回転速度偏差を積分することにより前記伝達手段により伝達されなかった回転角度を算出してもよい。
また、前記モータ制御手段は、前記伝達手段により伝達されなかった回転角度が予め定められた規定範囲外である場合に、前記電動モータの駆動を停止するよう印加電圧を零に決定してもよい。
また、前記伝達手段は、前記電動モータから前記ラック軸に至る回転力伝達系に設けられたトルクリミッタを有しても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、車両のステアリングホイールの操舵に対してアシスト力を付与する電動モータと、前記電動モータのアシスト力をラック軸に伝達する伝達手段と、前記電動モータの回転角度を検出する検出手段と、前記伝達手段に伝達異常が生じた場合に、前記伝達手段により伝達されなかった回転角度に基づいて、前記検出手段で検出された検出回転角度を補正する補正手段と、前記電動モータに供給する目標電流を算出する目標電流算出手段と、前記目標電流算出手段が算出した前記目標電流と、前記補正手段で補正された補正後回転角度とに基づいて前記電動モータを制御するモータ制御手段と、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である。
ここで、前記モータ制御手段は、前記目標電流算出手段が算出した前記目標電流と前記電動モータに供給される実電流との偏差が零となるようにフィードバック制御を行うとともに、フィードバック制御された値と、前記補正後回転角度とに基づいて前記電動モータの制御量を決定しても良い。
また、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段をさらに備え、前記補正手段は、前記操舵角検出手段が検出した操舵角に基づいて前記電動モータの回転速度を推定するモータ回転速度推定部と、前記モータ回転速度推定部が推定した回転速度と前記検出回転角度に対応する回転速度との偏差であるモータ回転速度偏差を算出するモータ回転速度偏差算出部と、前記モータ回転速度偏差に基づいて前記伝達手段により伝達されなかった回転角度を算出するモータ回転角度偏差算出部と、を有しても良い。
また、前記補正手段は、前記モータ回転角度偏差算出部が算出した前記伝達手段により伝達されなかった回転角度に基づいて前記電動モータから前記ラック軸に至る回転力伝達系に故障が発生しているか否かを判別する故障判断部をさらに有しても良い。

本発明によれば、電動モータからの動力伝達系に介装された衝撃緩和機構により、部材間の摺動変位（すべり、スリップ）が生じた場合であっても、相対変位を補正して電動モータを継続して制御することができる。さらに、規定範囲以上の相対変位が検出されたときは、伝達不能と判断してモータ駆動を停止することできる。

実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 制御装置の概略構成図である。 目標電流算出部の概略構成図である。 制御部の概略構成図である。 モータ回転角度補正部の概略構成図である。 操舵角速度と推定モータ回転速度との相関関係を示す図である。 モータ回転角度補正部の補正出力処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、自動車の進行方向を変えるために運転者が操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された上部連結シャフト１０３と、この上部連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結された下部連結シャフト１０８とを備えている。下部連結シャフト１０８は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている。ピニオンシャフト１０６は、前輪１５０を転動させるラック軸１０５に対して、回転することにより前輪１５０を転動させる駆動力を加える。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギヤボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギヤボックス１０７内にてトーションバー１１２を介して下部連結シャフト１０８と連結されている。そして、ステアリングギヤボックス１０７の内部には、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバー１１２の捩れ量に基づいて、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギヤボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。
本実施の形態に係る電動モータ１１０は、電動モータ１１０の回転角度を検出するレゾルバ１２０を有する３相ブラシレスモータである。電動モータ１１０は、ピニオンシャフト１０６に回転駆動力を加えることにより、ラック軸１０５に前輪１５０を転動させる駆動力を与える。

減速機構１１１は、ピニオンシャフト１０６に嵌め込まれたウォームホイール１１１ａと、電動モータ１１０の出力軸に固定されたウォームギヤ１１１ｂと、ピニオンシャフト１０６とウォームホイール１１１ａとの間に設けられたトルクリミッタ１１１ｃとを有する。トルクリミッタ１１１ｃは、トレランスリング、弾性ブッシュ、摩擦クラッチであることを例示することができる。

また、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９、レゾルバ１２０、ステアリングシャフト１０２の回転角度である操舵角Ｓθを検出する操舵角検出手段の一例としての操舵角センサ１８０からの出力信号が入力される。また、制御装置１０には、自動車に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク（ＣＡＮ）を介して、自動車の移動速度である車速Ｖｃを検出する車速センサ１７０などからの出力信号が入力される。

以上のように構成されたステアリング装置１００は、トルクセンサ１０９が検出した検出トルクに基づいて電動モータ１１０を駆動し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、制御装置１０について説明する。
図２は、制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory）等からなる算術論理演算回路である。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクＴが出力信号に変換されたトルク信号Ｔｄと、車速センサ１７０にて検出された車速Ｖｃが出力信号に変換された車速信号ｖが入力される。また、制御装置１０には、レゾルバ１２０からの電動モータ１１０の回転角度に応じた出力信号であるモータ回転角度信号Ｍθｓ、操舵角センサ１８０からの操舵角Ｓθに応じた出力信号である操舵角信号Ｓθｓなどが入力される。

そして、制御装置１０は、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖなどに基づいて電動モータ１１０に供給する目標電流を算出（設定）する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部３０と、を備えている。

次に、目標電流算出部２０について詳述する。
図３は、目標電流算出部２０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流Ｉｂを算出するベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Ｉｓを算出するイナーシャ補償電流算出部２２と、モータの回転を制限するダンパー補償電流Ｉｄを算出するダンパー補償電流算出部２３とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３にて算出された値に基づいて目標電流を決定する目標電流決定部２５を備えている。また、目標電流算出部２０は、トルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクＴの位相を補償する位相補償部２６を備えている。
なお、目標電流算出部２０には、操舵トルクＴ、車速Ｖｃ、後述する検出モータ回転速度Ｍωｄに関する情報（信号）などが入力される。

ベース電流算出部２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とベース電流Ｉｂとの対応を示す制御マップに、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃを代入することによりベース電流Ｉｂを算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とイナーシャ補償電流Ｉｓとの対応を示す制御マップに、位相補償された操舵トルクＴおよび車速Ｖｃを代入することによりイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）および検出モータ回転速度Ｍωｄと、ダンパー補償電流Ｉｄとの対応を示す制御マップに、位相補償された操舵トルクＴ、車速Ｖｃおよび検出モータ回転速度Ｍωｄを代入することによりダンパー補償電流Ｉｄを算出する。

目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１にて算出されたベース電流Ｉｂ、イナーシャ補償電流算出部２２にて算出されたイナーシャ補償電流Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３にて算出されたダンパー補償電流Ｉｄに基づいて、ｄ−ｑ座標系のｑ軸目標電流Ｉｑｃを算出するｑ軸目標電流算出部２５１を有している。ｄ−ｑ座標系は、電動モータ１１０のロータ（永久磁石）と同期して回転するｄ軸およびｑ軸からなる回転直交座標系であり、ｄ軸は、ロータが形成する磁束の方向に沿った軸であり、ｑ軸は、電動モータ１１０が発生するトルクの方向に沿った軸である。

また、目標電流決定部２５は、ｑ軸目標電流算出部２５１が算出したｑ軸目標電流Ｉｑｃと、検出モータ回転速度Ｍωｄとに基づいてｄ−ｑ座標系のｄ軸目標電流Ｉｄｃを算出する界磁電流算出部２５２を有している。界磁電流算出部２５２は、例えば、ベース電流Ｉｂに、イナーシャ補償電流Ｉｓを加算するとともにダンパー補償電流Ｉｄを減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、補償電流とｄ軸目標電流Ｉｄｃとの対応を示すマップに代入することにより、ｄ軸目標電流Ｉｄｃを算出する。

次に、制御部３０について詳述する。
図４は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、電動モータ１１０の作動を制御するモータ制御手段の一例としてのモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２と、を有している。また、制御部３０は、電動モータ１１０に実際に流れる実電流に応じた値を出力するモータ電流検出部３３と、このモータ電流検出部３３によって検出された電流をｄ−ｑ座標系の電流に変換する３相２軸変換部３５と、を有している。また、制御部３０は、レゾルバ１２０からのモータ回転角度信号Ｍθｓに基づいて実際の電動モータ１１０の回転角度を算出するモータ回転角度算出部３６と、モータ回転角度算出部３６で算出された回転角度である検出モータ回転角度Ｍθｄに基づいて電動モータ１１０の回転速度を算出するモータ回転速度算出部３７と、を有している。また、制御部３０は、モータ回転角度算出部３６で算出された検出モータ回転角度Ｍθｄを補正して補正後の回転角度である補正後モータ回転角度Ｍθｃを出力する補正手段の一例としてのモータ回転角度補正部３８を有している。

モータ駆動制御部３１、モータ駆動部３２およびモータ回転角度補正部３８は、後で詳述する。
モータ電流検出部３３は、３相ブラシレスモータである電動モータ１１０のＵ相に実際に流れる電流であるＵ相実電流を検出するためのＵ相電流検出部と、電動モータ１１０のＷ相に実際に流れる電流であるＷ相実電流を検出するためのＷ相電流検出部と、を有している。Ｕ相電流検出部およびＷ相電流検出部は、それぞれ電動モータ１１０のＵ相、Ｗ相に接続されたいわゆるシャント抵抗の両端に生じる電圧から各相に流れる実電流の値を検出する。

３相２軸変換部３５には、モータ電流検出部３３にて検出されたＵ相実電流，Ｗ相実電流、およびモータ回転角度算出部３６にて算出された検出モータ回転角度Ｍθｄが入力される。そして、３相２軸変換部３５は、予め定められた式に従って、Ｕ相実電流，Ｗ相実電流をｄ−ｑ座標系の値であるｄ軸実電流Ｉｄａとｑ軸実電流Ｉｑａとに変換し、変換したｄ軸実電流Ｉｄａ，ｑ軸実電流Ｉｑａを出力する。

モータ回転角度算出部３６は、電動モータ１１０に設けられたレゾルバ１２０からのモータ回転角度信号Ｍθｓに基づいて検出モータ回転角度Ｍθｄを算出する。レゾルバ１２０およびモータ回転角度算出部３６が、電動モータ１１０の回転角度を検出する検出手段の一例として機能する。
モータ回転速度算出部３７は、モータ回転角度算出部３６で算出された検出モータ回転角度Ｍθｄに基づいて検出モータ回転速度Ｍωｄを算出する。

次に、モータ駆動制御部３１およびモータ駆動部３２について詳述する。
モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０の目標電流決定部２５にて算出されたｄ軸目標電流Ｉｄｃから、３相２軸変換部３５にて算出されたｄ軸実電流Ｉｄａを減算するｄ軸減算部４１ｄと、目標電流決定部２５にて算出されたｑ軸目標電流Ｉｑｃから、３相２軸変換部３５にて算出されたｑ軸実電流Ｉｑａを減算するｑ軸減算部４１ｑとを有している。

また、モータ駆動制御部３１は、ｄ軸減算部４１ｄにて算出された偏差（Ｉｄｃ−Ｉｄａ）に基づいてｄ軸目標電流Ｉｄｃとｄ軸実電流Ｉｄａとが一致するようにＰＩ（比例積分）制御を行い、ｄ軸目標電圧Ｖｄｃを算出するｄ軸ＰＩ制御部４２ｄを有している。また、モータ駆動制御部３１は、ｑ軸減算部４１ｑにて算出された偏差（Ｉｑｃ−Ｉｑａ）に基づいてｑ軸目標電流Ｉｑｃとｑ軸実電流Ｉｑａとが一致するようにＰＩ（比例積分）制御を行い、ｑ軸目標電圧Ｖｑｃを算出するｑ軸ＰＩ制御部４２ｑを有している。

ｄ軸減算部４１ｄ，ｑ軸減算部４１ｑおよびｄ軸ＰＩ制御部４２ｄ，ｑ軸ＰＩ制御部４２ｑは、電動モータ１１０に供給する目標電流（ｄ軸目標電流Ｉｄｃ，ｑ軸目標電流Ｉｑｃ）と電動モータ１１０に供給される実電流（ｄ軸実電流Ｉｄａ，ｑ軸実電流Ｉｑａ）との偏差が零となるようにフィードバック制御を行う。

また、モータ駆動制御部３１は、ｄ軸ＰＩ制御部４２ｄおよびｑ軸ＰＩ制御部４２ｑにて算出されたｄ軸目標電圧Ｖｄｃ，ｑ軸目標電圧Ｖｑｃを、３相交流座標系のＵ相目標電圧ＶｕｃとＷ相目標電圧Ｖｗｃとに変換する２軸３相変換部５１を有している。また、モータ駆動制御部３１は、２軸３相変換部５１にて変換されたＵ相目標電圧ＶｕｃとＷ相目標電圧ＶｗｃとからＶ相目標電圧Ｖｖｃを算出するＶ相目標電圧算出部５２を有している。

２軸３相変換部５１は、予め定められた式およびモータ回転角度補正部３８から出力された補正後モータ回転角度Ｍθｃに基づいて、ｄ軸目標電圧Ｖｄｃおよびｑ軸目標電圧Ｖｑｃを、Ｕ相目標電圧ＶｕｃおよびＷ相目標電圧Ｖｗｃに変換する。つまり、２軸３相変換部５１は、ｄ軸ＰＩ制御部４２ｄおよびｑ軸ＰＩ制御部４２ｑから出力された、言い換えればフィードバック制御された値と、補正後モータ回転角度Ｍθｃとに基づいて電動モータ１１０に印加する印加電圧を決定する。
Ｖ相目標電圧算出部５２は、零からＵ相目標電圧ＶｕｃおよびＷ相目標電圧Ｖｗｃを減算することによりＶ相目標電圧Ｖｖｃを算出する。

また、モータ駆動制御部３１は、２軸３相変換部５１およびＶ相目標電圧算出部５２にて算出されたＵ相目標電圧Ｖｕｃ，Ｖ相目標電圧Ｖｖｃ，Ｗ相目標電圧Ｖｗｃに基づいて電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成部６０を有している。

次に、モータ駆動部３２について詳述する。
モータ駆動部３２は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）を備え、６個の内の３個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の３個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側（アース）ラインと接続されている。そして、モータ駆動部３２は、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１１０の駆動を制御する。

以上のように構成された本実施の形態に係るステアリング装置１００では、電動モータ１１０からラック軸１０５に至る回転力伝達系にトルクリミッタ１１１ｃにより相対滑りなどの異常が発生した場合には、ステアリングシャフト１０２（ラック軸１０５）側の操舵角に対応する正規なモータ回転角度である正規モータ回転角度Ｍθｒをレゾルバ１２０から検出する場合、ステアリングシャフト１０２（ラック軸１０５）側の操舵角と位置ずれが生じる。また、回転力伝達系に相対滑りが発生した場合には、２軸３相変換部５１は、レゾルバ１２０の検出値に基づいてモータ回転角度算出部３６で算出された検出モータ回転角度Ｍθｄをそのまま用いて目標電圧を算出すると、所望のアシスト力を発生させることができない。

かかる事項に鑑み、本実施の形態に係るステアリング装置１００では、モータ回転角度補正部３８が、操舵角センサ１８０が検出した操舵角Ｓθに基づいてモータ回転角度算出部３６で算出された検出モータ回転角度Ｍθｄを補正し、２軸３相変換部５１へ出力する。
なお、回転力伝達系に生ずる滑りとしては、回転力伝達系に設けられたトルクリミッタ１１１ｃの滑り、ベルト駆動伝達の滑り等が考えられる。

次に、モータ回転角度補正部３８について詳述する。
本実施の形態に係るモータ回転角度補正部３８は、電動モータ１１０からラック軸１０５に至る回転力伝達系に発生した滑り分のずれを補正するように以下のように構成されている。

図５は、モータ回転角度補正部３８の概略構成図である。
モータ回転角度補正部３８は、操舵角センサ１８０が検出した操舵角Ｓθから相関するモータの回転速度を推定するモータ回転速度推定部３８１を有している。また、モータ回転角度補正部３８は、モータ回転速度推定部３８１が推定した推定モータ回転速度Ｍωａとモータ回転速度算出部３７が算出した検出モータ回転速度Ｍωｄとの偏差であるモータ回転速度偏差ΔＭωを算出するモータ回転速度偏差算出部３８２を有している。

また、モータ回転角度補正部３８は、モータ回転速度偏差算出部３８２が算出したモータ回転速度偏差ΔＭωに基づいて、正規モータ回転角度Ｍθｒと実際のモータ回転角度（検出モータ回転角度Ｍθｄ）との偏差であるモータ回転角度偏差ΔＭθ（＝Ｍθｄ−Ｍθｒ）を算出するモータ回転角度偏差算出部３８３を有している。また、モータ回転角度補正部３８は、モータ回転角度偏差算出部３８３が算出したモータ回転角度偏差ΔＭθに基づいて回転力伝達系に伝達不能となる故障が発生しているか否かを判別する故障判断部３８４を有している。なお、伝達不能となる故障としては、ウォームホイール１１１ａやウォームギヤ１１１ｂのギヤ噛合部の破損による空転、ギヤ軸支部の空転、ベルト駆動伝達部の破損による空転等に起因する伝達不能を例示することができる。

また、モータ回転角度補正部３８は、故障判断部３８４が回転力伝達系に故障が発生していると判断した場合に、故障が発生している旨の情報を２軸３相変換部５１に通知する通知部３８５を有している。また、モータ回転角度補正部３８は、故障判断部３８４が回転力伝達系に故障が発生していると判断していない場合に、検出モータ回転角度Ｍθｄを補正するとともに、補正後モータ回転角度Ｍθｃを２軸３相変換部５１に出力する補正出力部３８６を有している。

ここで、電動モータ１１０の正回転時の、電動モータ１１０及びステアリングシャフト１０２の回転方向を正の回転方向、電動モータ１１０及びステアリングシャフト１０２の回転速度を正の回転速度とする。他方、電動モータ１１０の逆回転時の、電動モータ１１０及びステアリングシャフト１０２の回転方向を負の回転方向、電動モータ１１０及びステアリングシャフト１０２の回転速度を負の回転速度とする。

図６は、回転力伝達系が正常に駆動連結された場合の操舵角速度Ｓωと推定モータ回転速度Ｍωａとの相関関係を示す図である。
モータ回転速度推定部３８１は、先ず、操舵角センサ１８０が検出した操舵角Ｓθに基づいて操舵角Ｓθの変化速度である操舵角速度Ｓωを算出する。そして、モータ回転速度推定部３８１は、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた図６に示すような操舵角速度Ｓωと推定モータ回転速度Ｍωａとの相関関係に基づく制御マップに、算出した操舵角速度Ｓωを代入することにより推定モータ回転速度Ｍωａを算出する。

モータ回転速度偏差算出部３８２は、モータ回転速度算出部３７が算出した検出モータ回転速度Ｍωｄからモータ回転速度推定部３８１が推定した推定モータ回転速度Ｍωａを減算することによりモータ回転速度偏差ΔＭωを算出する（ΔＭω＝Ｍωｄ−Ｍωａ）。
モータ回転角度偏差算出部３８３は、モータ回転速度偏差算出部３８２が算出したモータ回転速度偏差ΔＭωを積分することによりモータ回転角度偏差ΔＭθを算出する（ΔＭθ＝∫ΔＭω）。モータ回転角度偏差ΔＭθは、電動モータ１１０の回転角度の内、例えばトルクリミッタ１１１ｃの滑り量に相当する角度で、回転力伝達系のラック軸１０５に伝達されなかった回転角度である。

故障判断部３８４は、モータ回転角度偏差算出部３８３が算出したモータ回転角度偏差ΔＭθが予め定められた規定範囲内であるか否かを判別し、規定範囲外である場合には何らかの伝動不能な空転故障が発生していると判断し、規定範囲内である場合には伝動不能な故障が発生していないと判断する。
通知部３８５は、故障が発生していると故障判断部３８４が判断した場合に、故障が発生している旨を２軸３相変換部５１に通知する。

補正出力部３８６は、伝動不能な故障が発生していないと故障判断部３８４が判断した場合に、読み込んだ検出モータ回転角度Ｍθｄからモータ回転角度偏差算出部３８３が算出したモータ回転角度偏差ΔＭθを減算して、補正後モータ回転角度Ｍθｃを算出する（Ｍθｃ＝Ｍθｄ−ΔＭθ）。そして、補正出力部３８６は、算出した補正後モータ回転角度Ｍθｃを２軸３相変換部５１に出力する。なお、トルクリミッタ１１１ｃ等に滑りが発生していない場合には、ΔＭθ＝零であるため、補正後モータ回転角度Ｍθｃとして検出モータ回転角度Ｍθｄがそのまま出力される。

図７は、モータ回転角度補正部３８の補正出力処理を示すフローチャートである。
モータ回転角度補正部３８は、電源投入時や電源断時等の特殊な場合を除く通常の動作時において、図７に示す各処理を一定時間（例えば４ミリ秒）ごとに繰り返し実行する。
モータ回転角度補正部３８は、先ず、推定モータ回転速度Ｍωａを算出する（ステップ１０１）。これは、モータ回転速度推定部３８１が、操舵角センサ１８０が検出した操舵角Ｓθを読み込むとともに、上述したように、検出した操舵角Ｓθに基づいて操舵角速度Ｓωを算出し、算出した操舵角速度Ｓωに基づいて推定モータ回転速度Ｍωａを算出する処理である。

その後、モータ回転角度補正部３８は、モータ回転速度偏差ΔＭωを算出する（ステップ１０２）。これは、モータ回転速度偏差算出部３８２が、モータ回転速度算出部３７が算出した検出モータ回転速度Ｍωｄを読み込むとともに、検出モータ回転速度Ｍωｄからステップ１０１にて算出した推定モータ回転速度Ｍωａを減算することによりモータ回転速度偏差ΔＭωを算出する処理である（ΔＭω＝Ｍωｄ−Ｍωａ）。

その後、モータ回転角度補正部３８は、モータ回転角度偏差ΔＭθを算出する（ステップ１０３）。これは、モータ回転角度偏差算出部３８３が、ステップ１０２にて算出したモータ回転速度偏差ΔＭωを積分することによりモータ回転角度偏差ΔＭθを算出する処理である（ΔＭθ＝∫ΔＭω）。

その後、モータ回転角度補正部３８は、回転力伝達系に伝動不能な故障が発生しているか否かを判別する（ステップ１０４）。これは、故障判断部３８４が、ステップ１０３にて算出したモータ回転角度偏差ΔＭθが規定範囲内であるか否かを判別し、規定範囲外である場合には伝動不能な空転故障が発生していると判断し、規定範囲内である場合には伝動不能な空転故障が発生していないと判断する処理である。

そして、モータ回転角度補正部３８は、ステップ１０４にて故障が発生していると判断した場合（ステップ１０４でＹＥＳ）、故障が発生している旨を２軸３相変換部５１に通知する（ステップ１０５）。これは、通知部３８５が、伝動不能な故障が発生している旨の情報を２軸３相変換部５１に出力する処理である。

他方、モータ回転角度補正部３８は、ステップ１０４にて伝動不能な故障が発生していないと判断した場合（ステップ１０４でＮＯ）、検出モータ回転角度Ｍθｄを補正するとともに補正後モータ回転角度Ｍθｃを出力する（ステップ１０６）。これは、補正出力部３８６が、読み込んだ検出モータ回転角度Ｍθｄからステップ１０３にて算出したモータ回転角度偏差ΔＭθを減算することにより補正後モータ回転角度Ｍθｃを算出し（Ｍθｃ＝Ｍθｄ−ΔＭθ）、算出した補正後モータ回転角度Ｍθｃを２軸３相変換部５１に出力する処理である。

以上説明した補正出力処理により、モータ回転角度補正部３８から、故障が発生している旨の情報又は補正後モータ回転角度Ｍθｃが２軸３相変換部５１に出力される。
２軸３相変換部５１においては、モータ回転角度補正部３８から補正後モータ回転角度Ｍθｃを取得した場合には、補正後モータ回転角度Ｍθｃを用いて、ｄ軸ＰＩ制御部４２ｄおよびｑ軸ＰＩ制御部４２ｑにて算出されたｄ軸目標電圧Ｖｄｃおよびｑ軸目標電圧Ｖｑｃを、Ｕ相目標電圧ＶｕｃおよびＷ相目標電圧Ｖｗｃに変換する。また、Ｖ相目標電圧算出部５２は、これらＵ相目標電圧ＶｕｃおよびＷ相目標電圧Ｖｗｃに基づいてＶ相目標電圧Ｖｖｃを算出する。
他方、２軸３相変換部５１は、モータ回転角度補正部３８から伝動不能な故障が発生している旨の情報を取得した場合には、Ｕ相目標電圧Ｖｕｃ及びＷ相目標電圧Ｖｗｃを零に設定する。そして、Ｖ相目標電圧算出部５２は、Ｖ相目標電圧Ｖｖｃを零に設定する。

以上のように構成された本実施の形態に係るステアリング装置１００では、ウォームホイール１１１ａやウォームギヤ１１１ｂのギヤ破損等に起因する空転等の伝動不能な故障が発生した場合には、モータ回転角度補正部３８が、故障が発生した旨を通知する。そして、２軸３相変換部５１が、Ｕ相目標電圧ＶｕｃおよびＷ相目標電圧Ｖｗｃを零に設定するので、電動モータ１１０の駆動が停止される。それゆえ、不要にモータを駆動させることなく運転者に早期に故障が発生したことを認識させることができる。

また、本実施の形態に係るステアリング装置１００では、衝撃荷重等により電動モータ１１０からラック軸１０５に至る回転力伝達系に設けられたトルクリミッタ１１１ｃに滑りなどの一時的な空転異常が発生した場合にあっては、電動モータ１１０が所望のアシスト力を継続することができるように駆動制御することができる。すなわち、モータ回転角度補正部３８が、回転力伝達系に生じた滑りを考慮して検出モータ回転角度Ｍθｄを補正し、補正後モータ回転角度Ｍθｃを２軸３相変換部５１に出力する。そして、２軸３相変換部５１が、補正後モータ回転角度Ｍθｃを用いて、Ｕ相目標電圧ＶｕｃおよびＷ相目標電圧Ｖｗｃに変換するので、回転力伝達系に伝達可能な一時的な空転滑りが生じた場合には、検出モータ回転角度Ｍθｄに基づいて電動モータ１１０を適切に継続して駆動制御することができる。

なお、上述した実施の形態においては、電動モータ１１０からラック軸１０５に至る回転力伝達系にトルクリミッタ１１１ｃが設けられている構成を例示しているが、トルクリミッタ１１１ｃの配置はモータから下流の駆動伝達部であれば良いし、他の伝達手段である場合でも本実施の形態に係る制御装置１０を適用することができる。例えば、ラック・ピニオン機構とは、別に配置したピニオン機構に電動モータ１１０を配置しても良く、電動モータ１１０の発生トルクを、ベルト、ボールナット、ギヤ減速機構などを介してラック軸１０５に直接的に伝達し、ラック軸１０５を直線移動させる伝達機構に対しても本実施の形態に係る制御装置１０を適用しても良い。かかる構成である場合でも、制御装置１０は、衝撃荷重などが生じたことに起因する相対滑りを考慮して、電動モータ１１０が所望のアシスト力を発生することができるように制御することができる。

なお、実施の形態では、補正後モータ回転角度Ｍθｃに基づきモータの駆動制御を継続制御したが、これに限らず補正後モータ回転角度Ｍθｃと操舵角センサ１８０の検出角である操舵角Ｓθとの差（偏差）を検出することで、操舵角センサ１８０または、レゾルバ１２０の回転検出センサの異常を判定することができ、これによりセンサ異常時のバックアップ制御が可能となる。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、３０…制御部、３１…モータ駆動制御部、３２…モータ駆動部、３３…モータ電流検出部、３６…モータ回転角度算出部、３８…モータ回転角度補正部、５１…２軸３相変換部、１００…電動パワーステアリング装置、１０５…ラック軸、１０６…ピニオンシャフト、１１０…電動モータ、１１１…減速機構、１２０…レゾルバ

Claims (8)

1. 車両のステアリングホイールの操舵に対してアシスト力を付与する電動モータと、
   前記電動モータのアシスト力をラック軸に伝達する伝達手段と、
   前記電動モータの回転角度を検出する検出手段と、
   前記伝達手段に伝達異常が生じた場合に前記検出手段で検出された検出回転角度を補正する補正手段と、
   前記補正手段で補正された補正後回転角度に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御手段と、
   を備え、
   前記補正手段は、前記伝達手段により伝達されなかった回転角度に基づいて、前記検出回転角度を補正する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段をさらに備え、
   前記補正手段は、前記操舵角検出手段が検出した操舵角に基づいて算出した操舵角速度に対応する前記電動モータの回転速度と、前記検出回転角度に対応する回転速度との差に基づいて算出した回転速度偏差を積分することにより前記伝達手段により伝達されなかった回転角度を算出する
   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. 前記モータ制御手段は、前記伝達手段により伝達されなかった回転角度が予め定められた規定範囲外である場合に、前記電動モータの駆動を停止するよう印加電圧を零に決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記伝達手段は、前記電動モータから前記ラック軸に至る回転力伝達系に設けられたトルクリミッタを有する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 車両のステアリングホイールの操舵に対してアシスト力を付与する電動モータと、
   前記電動モータのアシスト力をラック軸に伝達する伝達手段と、
   前記電動モータの回転角度を検出する検出手段と、
   前記伝達手段に伝達異常が生じた場合に、前記伝達手段により伝達されなかった回転角度に基づいて、前記検出手段で検出された検出回転角度を補正する補正手段と、
   前記電動モータに供給する目標電流を算出する目標電流算出手段と、
   前記目標電流算出手段が算出した前記目標電流と、前記補正手段で補正された補正後回転角度とに基づいて前記電動モータを制御するモータ制御手段と、
   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。
6. 前記モータ制御手段は、前記目標電流算出手段が算出した前記目標電流と前記電動モータに供給される実電流との偏差が零となるようにフィードバック制御を行うとともに、フィードバック制御された値と、前記補正後回転角度とに基づいて前記電動モータの制御量を決定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段をさらに備え、
   前記補正手段は、前記操舵角検出手段が検出した操舵角に基づいて前記電動モータの回転速度を推定するモータ回転速度推定部と、前記モータ回転速度推定部が推定した回転速度と前記検出回転角度に対応する回転速度との偏差であるモータ回転速度偏差を算出するモータ回転速度偏差算出部と、前記モータ回転速度偏差に基づいて前記伝達手段により伝達されなかった回転角度を算出するモータ回転角度偏差算出部と、を有する
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記補正手段は、前記モータ回転角度偏差算出部が算出した前記伝達手段により伝達されなかった回転角度に基づいて前記電動モータから前記ラック軸に至る回転力伝達系に故障が発生しているか否かを判別する故障判断部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。

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