JP2016165953A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク検出手段に故障が生じた場合においても、アシスト開始時の操舵負担を軽減することができる技術を提供する。
【解決手段】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１１０と、ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサ１０９と、ステアリングホイールの回転角度である操舵角を検出する操舵角センサ１８０と、操舵角を推定する操舵角算出部７３と、トルクセンサ１０９の故障を検出するセンサ故障検出部２７と、センサ故障検出部２７が故障を検出した場合には、操舵角センサ１８０が検出した操舵角と操舵角算出部７３が推定した操舵角との偏差に基づくアシスト力となるように電動モータ１１０を制御するセンサ故障時電流決定部２８と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出する検出手段（トルクセンサ）により操舵トルクを検出することができなくなった場合においても、電動モータによるアシスト力を付与することを可能と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、異常検出部によりトルクセンサの異常が検出されたとき、レゾルバにより検出されている回転角とアシスト電流特性とに基づいてモータを駆動し、駆動する際、回転角に基づき算出される回転角速度が大きくなるに従いモータを駆動するアシスト電流を小さくするよう制御する。

特開２０１２−１４４１００号公報

トルク検出手段（トルクセンサ）に故障が生じた場合に、電動モータの回転角度を用いて推定した操舵角に基づいて電動モータによるアシスト力を決定する場合には以下に述べる不具合が生じることが考えられる。すなわち、電動モータの回転角度を用いてステアリングホイールの操舵方向を判断するため、例えば車両が停止している（電動モータが停止している）状態からのアシスト開始時には、電動モータによるアシスト力なしでの操舵力が必要となり、運転者の負担が大きい。
本発明は、トルク検出手段に故障が生じた場合においても、アシスト開始時の操舵負担を軽減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、前記ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記ステアリングホイールの回転角度である操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記操舵角を推定する操舵角推定手段と、前記トルク検出手段の故障を検出する故障検出手段と、前記故障検出手段が故障を検出した場合には、前記操舵角検出手段が検出した操舵角と前記操舵角推定手段が推定した操舵角との偏差に基づく前記アシスト力となるように前記電動モータを制御する制御手段と、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、前記制御手段は、前記車両の移動速度である車速が大きくなるに従って前記アシスト力が小さくなるように補正してもよい。
また、前記制御手段は、前記偏差の絶対値が大きくなるに従って前記アシスト力が大きくなるように制御してもよい。
また、前記操舵角推定手段は、前記電動モータの回転角度の履歴に基づいて前記操舵角を推定してもよい。
また、前記制御手段は、前記故障検出手段が故障を検出していない場合には前記トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記アシスト力を決定してもよい。

本発明によれば、トルク検出手段に故障が生じた場合においても、アシスト開始時の操舵負担を軽減することができる。

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。 操舵トルクおよび車速とベース電流との対応を示す制御マップの概略図である。 制御部の概略構成図である。 センサ故障時電流決定部の概略構成図である。 センサ故障時ベース電流算出部の概略構成図である。 絶対値化後操舵角と仮センサ故障時ベース電流との対応を示す制御マップの概略図である。 車速補正係数と車速との対応を示す制御マップの概略図である。 戻り補正係数設定部の概略構成図である。 絶対値化後操舵角と仮戻り補正係数との対応を示す制御マップの概略図である。 モータ回転速度と回転速度補正係数との対応を示す制御マップの概略図である。 車速と車速補正係数との対応を示す制御マップの概略図である。 操舵角偏差および車速と操舵角偏差電流との対応を示す制御マップの概略図である。

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、車両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１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１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。

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を検出するトルク検出手段の一例としてのトルクセンサ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。減速機構１１１は、例えば、ピニオンシャフト１０６に固定されたウォームホイール（不図示）と、電動モータ１１０の出力軸に固定されたウォームギヤ（不図示）などから構成される。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加える。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。

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１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１の移動速度である車速Ｖｃを検出する車速センサ１７０、ステアリングホイール１０１の回転角度（操舵角）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などからの出力信号が入力される。操舵角センサ１８０は、以下のように構成されたものであることを例示することができる。操舵角センサ１８０は、ステアリングシャフト１０２自体に取り付けられてステアリングシャフト１０２と同期回転する第１回転部材（不図示）と、この第１回転部材の回転に連動して回転する第２回転部材（不図示）と、この第２回転部材に固定された着磁部の磁界変化を検出する磁気抵抗素子（不図示）とを有する。そして、操舵角センサ１８０は、ステアリングホイール１０１の回転角度に対応する正弦波および余弦波の信号を出力する。

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、レゾルバ１２０からの電動モータ１１０のモータ回転角度θに応じた出力信号である回転角度信号θｓ、操舵角センサ１８０にて検出された検出操舵角θａが出力信号に変換された操舵角信号θａｓ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が供給するのに必要となる目標電流Ｉｔ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Ｉｔ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。また、制御装置１０は、電動モータ１１０のモータ回転角度θを算出するモータ回転角度算出部７１と、モータ回転角度算出部７１にて算出されたモータ回転角度θに基づいて、モータ回転速度Ｖｍを算出するモータ回転速度算出部７２と、ステアリングホイール１０１の回転角度である操舵角を算出する操舵角算出部７３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Ｉｔ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仮の目標電流である仮目標電流Ｉｔｆを決定する仮目標電流決定部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。

また、目標電流算出部２０は、トルクセンサ１０９の故障を検出する故障検出手段の一例としてのセンサ故障検出部２７と、センサ故障検出部２７がトルクセンサ１０９の故障を検出した場合に電動モータ１１０に供給する目標電流Ｉｔの基となる電流を算出する制御手段の一例としてのセンサ故障時電流決定部２８と、を備えている。また、目標電流算出部２０は、最終的に電動モータ１１０に供給する目標電流Ｉｔを決定する最終目標電流決定部２９を備えている。
なお、目標電流算出部２０には、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖ、モータ回転速度信号Ｖｍｓ、操舵角信号θａｓなどが入力される。

図４は、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃとベース電流Ｉｂとの対応を示す制御マップの概略図である。
ベース電流算出部２１は、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流Ｉｂを算出する。言い換えれば、ベース電流算出部２１は、位相補償部２６にて位相補償された操舵トルクＴと、車速Ｖｃとに応じたベース電流Ｉｂを算出する。なお、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との対応を示す図４に例示した制御マップに、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、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓ、車速信号ｖに基づいてイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。言い換えれば、イナーシャ補償電流算出部２２は、位相補償部２６にて位相補償された操舵トルクＴと、車速Ｖｃとに応じたイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。なお、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、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓ、車速信号ｖ、モータ回転速度信号Ｖｍｓなどに基づいてダンパー補償電流Ｉｄを算出する。言い換えれば、ダンパー補償電流算出部２３は、位相補償部２６にて位相補償された操舵トルクＴと、車速Ｖｃと、モータ回転速度Ｖｍに応じたダンパー補償電流Ｉｄを算出する。なお、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）およびモータ回転速度Ｖｍ（モータ回転速度信号Ｖｍｓ）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およびモータ回転速度Ｖｍを代入することによりダンパー補償電流Ｉｄを算出する。

仮目標電流決定部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に基づいて仮目標電流Ｉｔｆを決定する。仮目標電流決定部２５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を減算して得た電流を仮目標電流Ｉｔｆとして決定する。

センサ故障検出部２７は、例えば、トルクセンサ１０９からの出力が零（Ｖ）に固定される、あるいは零〜５（Ｖ）以外の電圧が出力される等の異常を検出したときにトルクセンサ１０９が故障したと判定し、故障した旨をセンサ故障時電流決定部２８および最終目標電流決定部２９に出力する。
センサ故障時電流決定部２８については後で詳述する。

最終目標電流決定部２９は、センサ故障検出部２７が故障と判定していない場合（故障した旨の信号を取得していない場合）には、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆを最終的な目標電流Ｉｔとして決定する。他方、センサ故障検出部２７が故障と判定した場合（故障した旨の信号を取得した場合）には、センサ故障時電流決定部２８にて決定されたセンサ故障時電流Ｉｅを最終的な目標電流Ｉｔとして決定する。つまり、センサ故障検出部２７が故障と判定した場合には、電動モータ１１０により、センサ故障時電流Ｉｅ相当分のアシスト力が発生する。

ここで、トーションバー１１２の捩れ量が零の状態を中立状態（中立位置）とし、中立状態（中立位置）からのステアリングホイール１０１の右回転時におけるステアリングホイール１０１（下部連結シャフト１０８）とピニオンシャフト１０６との相対回転角度が変化する方向（相対回転角度が生じる方向）をプラス（操舵トルクＴがプラス）とする。他方、中立状態からのステアリングホイール１０１の左回転時におけるステアリングホイール１０１（下部連結シャフト１０８）とピニオンシャフト１０６との相対回転角度が変化する方向（相対回転角度が生じる方向）をマイナス（操舵トルクＴがマイナス）とする。このとき、ステアリングホイール１０１とピニオンシャフト１０６との相対回転角度が中立状態より右回転方向に捩れている（トーションバー１１２が右回転方向に捩れている）ときの、トルクセンサ１０９からの出力値であるトルク信号Ｔｄの符号をプラス、相対回転角度が中立状態より左回転方向に捩れている（トーションバー１１２が左回転方向に捩れている）ときの、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号をマイナスとする。

そして、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号がプラスであるときに、電動モータ１１０を一方の回転方向に回転させるようにベース電流算出部２１にてベース電流Ｉｂが算出され、そのベース電流Ｉｂが流れる方向をプラスとする。つまり、図４に示すように、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号がプラスで操舵トルクＴがプラスのときにベース電流算出部２１はプラスのベース電流Ｉｂを算出し、電動モータ１１０を一方の回転方向に回転させる方向のトルクを発生させる。他方、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号がマイナスのときにベース電流算出部２１はマイナスのベース電流Ｉｂを算出し、電動モータ１１０を他方の回転方向に回転させる方向のトルクを発生させる。

次に、制御部３０について詳述する。
図５は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、図５に示すように、電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２と、電動モータ１１０に実際に流れる実電流Ｉｍを検出するモータ電流検出部３３とを有している。また、制御部３０は、モータ電流検出部３３が検出した実電流Ｉｍとモータ回転角度算出部７１で算出されたモータ回転角度θとに基づいてフィードバック電流Ｉｆを算出するフィードバック電流算出部３８を有している。

モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流Ｉｔと、フィードバック電流算出部３８にて算出されたフィードバック電流Ｉｆとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０とを有している。

フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流Ｉｔとフィードバック電流算出部３８にて算出されたフィードバック電流Ｉｆとの偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差が零となるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２とを有している。

フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流Ｉｔとフィードバック電流Ｉｆとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部４１にて算出された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値とモータ回転角度算出部７１が算出したモータ回転角度θとに基づいて電動モータ１１０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力する。

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、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。

モータ電流検出部３３は、モータ駆動部３２に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れる実電流Ｉｍの値を検出する。
フィードバック電流算出部３８は、予めＲＯＭに記憶しておいた演算式、モータ電流検出部３３が検出した実電流Ｉｍ、およびモータ回転角度算出部７１が算出したモータ回転角度θに基づいてフィードバック電流Ｉｆを算出する。

モータ回転角度算出部７１は、レゾルバ１２０の出力信号に基づいてモータ回転角度θを算出する。
モータ回転速度算出部７２（図２参照）は、モータ回転角度算出部７１が算出したモータ回転角度θに基づいて電動モータ１１０のモータ回転速度Ｖｍを算出し、算出したモータ回転速度Ｖｍが出力信号に変換されたモータ回転速度信号Ｖｍｓを出力する。

操舵角算出部７３（図２参照）は、ステアリングホイール１０１、減速機構１１１などが機械的に連結されているためにステアリングホイール１０１の回転角度（操舵角）と電動モータ１１０のモータ回転角度θとの間に相関関係があることに鑑み、モータ回転角度算出部７１にて算出されたモータ回転角度θに基づいて操舵角を算出する。操舵角算出部７３は、例えば、モータ回転角度算出部７１にて定期的（例えば１ミリ秒毎）に算出されたモータ回転角度θの前回値と今回値との差分の積算値に基づいて操舵角を算出する。言い換えれば、操舵角算出部７３は、電動モータ１１０のモータ回転角度θの履歴に基づいて操舵角を算出する。
レゾルバ１２０、モータ回転角度算出部７１および操舵角算出部７３は、操舵角を推定する操舵角推定手段の一例として機能する。操舵角算出部７３にて算出された算出操舵角θｓｃが、操舵角推定手段が推定した操舵角である。

ここで、ステアリングホイール１０１が零度から右回転されたときの操舵角の符号をプラス、左回転されたときの操舵角の符号をマイナスとする。また、ステアリングホイール１０１と機械的に連結されている電動モータ１１０の回転方向の符号を、ステアリングホイール１０１が右回転されたときの電動モータ１１０の回転方向（上述した一方の回転方向）をプラス、ステアリングホイール１０１が左回転されたときの電動モータ１１０の回転方向（上述した他方の回転方向）をマイナスとする。

[センサ故障時電流決定部２８]
次に、センサ故障時電流決定部２８について詳述する。
図６は、センサ故障時電流決定部２８の概略構成図である。
センサ故障時電流決定部２８は、操舵角算出部７３にて算出された算出操舵角θｓｃに基づいて後述する制御マップに代入するための操舵角である代入用操舵角θｓｅを算出する代入操舵角算出部２８１と、代入操舵角算出部２８１が算出した代入用操舵角θｓｅに基づいて仮センサ故障時電流Ｉｅａのベースとなるセンサ故障時ベース電流Ｉｅｂを算出するセンサ故障時ベース電流算出部２８２と、を備えている。

また、センサ故障時電流決定部２８は、ステアリングホイール１０１が切り戻されている場合のセンサ故障時電流Ｉｅが小さくなるように補正するための戻り補正係数Ｋｒを設定する戻り補正係数設定部２８３と、センサ故障時ベース電流算出部２８２が算出したセンサ故障時ベース電流Ｉｅｂと戻り補正係数設定部２８３が設定した戻り補正係数Ｋｒとを乗算することにより戻り補正後ベース電流Ｉｅｂｒを算出する戻り補正係数乗算部２８４と、を備えている。

また、センサ故障時電流決定部２８は、モータ回転速度Ｖｍに応じた回転速度補正係数Ｋｍを設定する回転速度補正係数設定部２８５と、戻り補正係数乗算部２８４にて算出された戻り補正後ベース電流Ｉｅｂｒと回転速度補正係数設定部２８５が設定した回転速度補正係数Ｋｍとを乗算することにより回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖを算出する回転速度補正係数乗算部２８６と、を備えている。

また、センサ故障時電流決定部２８は、回転速度補正係数乗算部２８６にて算出された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖに対してリミット処理を行うリミット処理部２８７と、リミット処理部２８７にてリミット処理後の回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖであるリミット処理後ベース電流Ｉｌに対して符号化処理を行う符号化処理部２８８と、を備えている。

また、センサ故障時電流決定部２８は、符号化処理部２８８にて符号化処理が施されたリミット処理後ベース電流Ｉｌを、車速Ｖｃに基づいてフェード処理を施すフェード処理部２８９を備えている。フェード処理部２８９にてフェード処理が施された後の電流が仮センサ故障時電流Ｉｅａである。

また、センサ故障時電流決定部２８は、操舵角センサ１８０にて検出された検出操舵角θａ（操舵角信号θａｓ）と操舵角算出部７３にて算出された算出操舵角θｓｃとの偏差である操舵角偏差Δθを算出する操舵角偏差算出部２９１を備えている。
また、センサ故障時電流決定部２８は、操舵角偏差算出部２９１が算出した操舵角偏差Δθおよび車速Ｖｃに応じたアシスト電流である操舵角偏差電流Ｉθを算出する操舵角偏差電流算出部２９２を備えている。

また、センサ故障時電流決定部２８は、フェード処理部２８９から出力された仮センサ故障時電流Ｉｅａと操舵角偏差電流算出部２９２から出力された操舵角偏差電流Ｉθとに基づいて最終的にセンサ故障時電流Ｉｅを決定する最終センサ故障時電流決定部２９５を備えている。

次に、センサ故障時電流決定部２８を構成する要素について詳述する。
＜代入操舵角算出部２８１＞
代入操舵角算出部２８１は、零度から、操舵角算出部７３にて定期的（例えば１ミリ秒毎）に算出された算出操舵角θｓｃの前回値と今回値との差分を積算することにより零度からの回転角度を算出し、この算出値を代入用操舵角θｓｅとする。そして、所定のリセット条件が成立したら代入用操舵角θｓｅを零にリセットする。リセット条件としては、ステアリングホイール１０１の回転角度（操舵角）の差分が零度となったことを把握できる条件であればよく、例えば、目標電流算出部２０にて設定された目標電流Ｉｔあるいはモータ電流検出部３３が検出した実電流Ｉｍが零又は零値近傍となったとき、を例示することができる。

＜センサ故障時ベース電流算出部２８２＞
図７は、センサ故障時ベース電流算出部２８２の概略構成図である。
センサ故障時ベース電流算出部２８２は、代入操舵角算出部２８１にて算出された代入用操舵角θｓｅの絶対値化を行う絶対値化部２８２ａと、絶対値化部２８２ａにて絶対値化された絶対値化後操舵角｜θｓｅ｜に基づいて仮のセンサ故障時ベース電流Ｉｅｂである仮センサ故障時ベース電流Ｉｅｂａを算出する仮ベース電流算出部２８２ｂと、を備えている。また、センサ故障時ベース電流算出部２８２は、車速信号ｖに基づいて車速補正係数Ｋｖを設定する車速補正係数設定部２８２ｃと、仮ベース電流算出部２８２ｂにて算出された仮センサ故障時ベース電流Ｉｅｂａと車速補正係数設定部２８２ｃにて設定された車速補正係数Ｋｖとを乗算することによりセンサ故障時ベース電流Ｉｅｂを算出する車速補正係数乗算部２８２ｄと、を備えている。センサ故障時ベース電流算出部２８２は、定期的（例えば１ミリ秒毎）にセンサ故障時ベース電流Ｉｅｂを算出する。

（絶対値化部２８２ａ）
絶対値化部２８２ａは、プラス又はマイナスの符号を持つ代入用操舵角θｓｅの絶対値を算出する。絶対値化部２８２ａにて算出された値が絶対値化後操舵角｜θｓｅ｜である。

（仮ベース電流算出部２８２ｂ）
図８は、絶対値化後操舵角｜θｓｅ｜と仮センサ故障時ベース電流Ｉｅｂａとの対応を示す制御マップの概略図である。
仮ベース電流算出部２８２ｂは、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、絶対値化後操舵角｜θｓｅ｜と仮センサ故障時ベース電流Ｉｅｂａとの対応を示す図８に例示した制御マップに、絶対値化後操舵角｜θｓｅ｜を代入することにより仮センサ故障時ベース電流Ｉｅｂａを算出する。

（車速補正係数設定部２８２ｃ）
図９は、車速補正係数Ｋｖと車速Ｖｃとの対応を示す制御マップの概略図である。
車速補正係数設定部２８２ｃは、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、車速補正係数Ｋｖと車速Ｖｃとの対応を示す図９に例示した制御マップに、車速Ｖｃを代入することにより車速補正係数Ｋｖを算出する。
図９に例示した制御マップにおいては、車速Ｖｃが零（ｋｍ／ｈ）であるときの車速補正係数Ｋｖを１、車速Ｖｃが略１（ｋｍ／ｈ）であるときの車速補正係数Ｋｖを略０．５としている。また、車速Ｖｃが略５（ｋｍ／ｈ）であるときの車速補正係数Ｋｖを略０．３とし、車速Ｖｃが略１から略５（ｋｍ／ｈ）に変化する間に車速補正係数Ｋｖを徐々に低下させている。また、車速Ｖｃが略４０（ｋｍ／ｈ）であるときの車速補正係数Ｋｖを略０．４とし、車速Ｖｃが略５から略４０（ｋｍ／ｈ）に変化する間に車速補正係数Ｋｖを徐々に上昇させている。そして、車速Ｖｃが略４０（ｋｍ／ｈ）から大きくなるに従って車速補正係数Ｋｖを徐々に低下させている。

（車速補正係数乗算部２８２ｄ）
車速補正係数乗算部２８２ｄは、仮ベース電流算出部２８２ｂにて算出された仮センサ故障時ベース電流Ｉｅｂａと車速補正係数設定部２８２ｃにて設定された車速補正係数Ｋｖとを乗算することによりセンサ故障時ベース電流Ｉｅｂを算出し、算出したセンサ故障時ベース電流Ｉｅｂを戻り補正係数乗算部２８４に出力する。

＜戻り補正係数設定部２８３＞
図１０は、戻り補正係数設定部２８３の概略構成図である。
戻り補正係数設定部２８３は、操舵角算出部７３にて算出された算出操舵角θｓｃの絶対値化を行う絶対値化部２８３ａと、絶対値化部２８３ａにて絶対値化された絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜に基づいて仮の戻り補正係数Ｋｒである仮戻り補正係数Ｋｒａを算出する仮戻り補正係数算出部２８３ｂと、を備えている。また、戻り補正係数設定部２８３は、車速Ｖｃに応じて、仮戻り補正係数算出部２８３ｂが算出した仮戻り補正係数Ｋｒａか予め定められた値かを選択する第１選択部２８３ｃを備えている。また、戻り補正係数設定部２８３は、操舵角算出部７３にて算出された算出操舵角θｓｃと代入操舵角算出部２８１にて算出された代入用操舵角θｓｅとに基づいてステアリングホイール１０１が切り込まれているのか切り戻されているのかを判定する判定部２８３ｄを備えている。また、戻り補正係数設定部２８３は、判定部２８３ｄが判定した操舵状況に応じて、第１選択部２８３ｃが選択した値か予め定められた値かを選択する第２選択部２８３ｅを備えている。

（絶対値化部２８３ａ）
絶対値化部２８３ａは、プラス又はマイナスの符号を持つ算出操舵角θｓｃの絶対値を算出する。絶対値化部２８３ａにて算出された値が絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜である。

（仮戻り補正係数算出部２８３ｂ）
図１１は、絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜と仮戻り補正係数Ｋｒａとの対応を示す制御マップの概略図である。
仮戻り補正係数算出部２８３ｂは、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜と仮戻り補正係数Ｋｒａとの対応を示す図１１に例示した制御マップに、絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜を代入することにより仮戻り補正係数Ｋｒａを算出する。
図１１に示した制御マップにおいては、絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜が予め定められた下側操舵角θｄ以下である場合には仮戻り補正係数Ｋｒａは零となり、絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜が予め定められた上側操舵角θｕ以上である場合には仮戻り補正係数Ｋｒａは１となる。そして、絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜が下側操舵角θｄから上側操舵角θｕの間では、仮戻り補正係数Ｋｒａは零から１まで徐々に大きくなる。

（第１選択部２８３ｃ）
第１選択部２８３ｃは、車速Ｖｃが予め定められた所定車速Ｖｃｄ以上である場合には仮戻り補正係数算出部２８３ｂが算出した仮戻り補正係数Ｋｒａを選択し、所定車速Ｖｃｄ未満である場合には予め定められた値である１を選択する。なお、所定車速Ｖｃｄは、１ｋｍ／ｈであることを例示することができる。

（判定部２８３ｄ）
判定部２８３ｄは、操舵角算出部７３にて算出された算出操舵角θｓｃと代入操舵角算出部２８１にて算出された代入用操舵角θｓｅとを乗算することにより得た乗算値（＝θｓｃ×θｓｅ）が零以上である場合は切り込まれていると判定し、乗算値が零未満である場合は切り戻されていると判定する。

（第２選択部２８３ｅ）
第２選択部２８３ｅは、判定部２８３ｄが切り込まれていると判定した場合には予め定められた値である１を選択し、判定部２８３ｄが切り戻されていると判定した場合には第１選択部２８３ｃが選択した仮戻り補正係数Ｋｒａを選択する。そして、第２選択部２８３ｅは、選択した値を戻り補正係数Ｋｒとして出力する。

以上説明した構成により、戻り補正係数設定部２８３は、定期的（例えば１ミリ秒毎）に戻り補正係数Ｋｒを設定する。そして、戻り補正係数設定部２８３は、ステアリングホイール１０１が切り込まれている場合には、戻り補正係数Ｋｒを１に設定する。また、戻り補正係数設定部２８３は、ステアリングホイール１０１が切り戻されている場合であっても、車速Ｖｃが所定車速Ｖｃｄ未満である場合には戻り補正係数Ｋｒを１に設定する。また、戻り補正係数設定部２８３は、ステアリングホイール１０１が切り戻されており、かつ、車速Ｖｃが所定車速Ｖｃｄ以上である場合に、絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜が上側操舵角θｕ以上である場合には戻り補正係数Ｋｒを１に設定する。他方、戻り補正係数設定部２８３は、ステアリングホイール１０１が切り戻されており、かつ、車速Ｖｃが所定車速Ｖｃｄ以上である場合に、絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜が上側操舵角θｕ未満である場合には絶対値化後操舵角｜θｓｃ｜に応じた戻り補正係数Ｋｒを設定する。

＜回転速度補正係数設定部２８５＞
回転速度補正係数設定部２８５は、モータ回転速度Ｖｍに応じた回転速度補正係数Ｋｍを設定する。
図１２は、モータ回転速度Ｖｍと回転速度補正係数Ｋｍとの対応を示す制御マップの概略図である。
回転速度補正係数設定部２８５は、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、モータ回転速度Ｖｍと回転速度補正係数Ｋｍとの対応を示す図１２に例示した制御マップに、モータ回転速度Ｖｍを代入することにより回転速度補正係数Ｋｍを算出する。
図１２に示した制御マップにおいては、モータ回転速度Ｖｍが予め定められた回転速度Ｖｍ０以下である場合には回転速度補正係数Ｋｍは１であり、モータ回転速度Ｖｍが回転速度Ｖｍ０より大きい場合には、回転速度補正係数Ｋｍはモータ回転速度Ｖｍが大きくなるに従って１から零まで徐々に減少する値となる。

図１３は、車速Ｖｃと車速補正係数Ｋｃとの対応を示す制御マップの概略図である。
回転速度補正係数設定部２８５は、図１２に示した制御マップに代入するモータ回転速度Ｖｍを、図１３に示した制御マップと車速Ｖｃとに基づいて設定した車速補正係数Ｋｃを用いて補正する（図１２に示した制御マップに代入するモータ回転速度Ｖｍ＝モータ回転速度算出部７２にて算出されたモータ回転速度Ｖｍ×Ｋｃ）。
図１３に例示した制御マップにおいては、車速Ｖｃが零から第１車速Ｖ１であるときの車速補正係数Ｋｃを１、車速Ｖｃが第２車速Ｖ２よりも大きい場合には車速補正係数Ｋｃを略０．３としている。また、車速Ｖｃが第１車速Ｖ１から第２車速Ｖ２まで大きくなる間に車速補正係数Ｋｃが１から０．３まで徐々に小さくなる値に設定している。なお、第１車速Ｖ１は略１５（ｋｍ／ｈ）、第２車速Ｖ２は略３５（ｋｍ／ｈ）であることを例示することができる。

以上説明した構成により、回転速度補正係数設定部２８５は、定期的（例えば１ミリ秒毎）に回転速度補正係数Ｋｍを設定する。そして、回転速度補正係数設定部２８５は、モータ回転速度Ｖｍが大きい場合、言い換えればステアリングホイール１０１の操舵角速度が大きい場合には、切り込み過ぎを抑制するべく回転速度補正係数Ｋｍを１よりも小さい値に設定する。ただし、車速Ｖｃが大きい場合の危険回避に必要なアシスト力を確保するために、車速Ｖｃが第２車速Ｖ２よりも大きい場合には図１２に示した制御マップに代入するモータ回転速度Ｖｍが小さくなるように補正する。他方、車速Ｖｃが第１車速Ｖ１よりも小さい場合には、ステアリングとられを防止するために、図１２に示した制御マップに代入するモータ回転速度Ｖｍを小さくする補正を行わない。

＜リミット処理部２８７＞
リミット処理部２８７は、回転速度補正係数乗算部２８６にて算出された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖが予め定められた上限値よりも大きい場合には、上限値をリミット処理後ベース電流Ｉｌとして出力し、算出された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖが上限値以下の場合には、算出された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖをリミット処理後ベース電流Ｉｌとして出力する。

＜符号化処理部２８８＞
符号化処理部２８８は、代入操舵角算出部２８１にて算出された代入用操舵角θｓｅの符号がプラスである場合にはリミット処理部２８７から出力されたリミット処理後ベース電流Ｉｌにプラスの符号を付す。他方、符号化処理部２８８は、代入操舵角算出部２８１にて算出された代入用操舵角θｓｅの符号がマイナスである場合にはリミット処理部２８７から出力されたリミット処理後ベース電流Ｉｌにマイナスの符号を付す。

なお、上述した戻り補正係数乗算部２８４、回転速度補正係数乗算部２８６、リミット処理部２８７および符号化処理部２８８は、定期的（例えば１ミリ秒毎）に各処理を行う。ゆえに、符号化処理部２８８は、定期的（例えば１ミリ秒毎）に、符号が付された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖをフェード処理部２８９に出力する。

＜フェード処理部２８９＞
フェード処理部２８９は、車速Ｖｃに基づいて仮センサ故障時電流Ｉｅａを決定する。そして、フェード処理部２８９は、車速Ｖｃに基づいて仮センサ故障時電流Ｉｅａを決定する際には、車速Ｖｃが、図９に例示した制御マップに示したように車速補正係数Ｋｖが大きく変化する零から略１（ｋｍ／ｈ）の間以外の大きさ（１（ｋｍ／ｈ）よりも大きな速度）である場合には、仮センサ故障時電流Ｉｅａを、符号化処理部２８８にて符号が付された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖに決定する。他方、車速Ｖｃが１（ｋｍ／ｈ）以下の場合には、前回の仮センサ故障時電流Ｉｅａから今回符号化処理部２８８にて符号が付された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖまで所定期間かけて徐変させる。例えば、車速Ｖｃが１（ｋｍ／ｈ）から減速している場合には、１秒間で、前回の仮センサ故障時電流Ｉｅａから今回符号化処理部２８８にて符号が付された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖに変化する値を、定期的（例えば１ミリ秒毎）に仮センサ故障時電流Ｉｅａとして決定する。一方、車速Ｖｃが零から加速している場合には、０．５秒間で、前回の仮センサ故障時電流Ｉｅａから今回符号化処理部２８８にて符号が付された回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖに変化する値を、定期的（例えば１ミリ秒毎）に仮センサ故障時電流Ｉｅａとして決定する。

＜操舵角偏差算出部２９１＞
操舵角偏差算出部２９１は、操舵角センサ１８０にて検出された検出操舵角θａ（操舵角信号θａｓ）から操舵角算出部７３にて算出された算出操舵角θｓｃを減算することにより操舵角偏差Δθを算出する（Δθ＝θａ−θｓｃ）。

＜操舵角偏差電流算出部２９２＞
図１４は、操舵角偏差Δθおよび車速Ｖｃと操舵角偏差電流Ｉθとの対応を示す制御マップの概略図である。
操舵角偏差電流算出部２９２は、操舵角偏差Δθと、車速Ｖｃとに応じた操舵角偏差電流Ｉθを算出する。操舵角偏差電流算出部２９２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、操舵角偏差Δθおよび車速Ｖｃと、操舵角偏差電流Ｉθとの対応を示す図１４に例示した制御マップに、操舵角偏差Δθおよび車速Ｖｃを代入することにより操舵角偏差電流Ｉθを算出する。

＜最終センサ故障時電流決定部２９５＞
最終センサ故障時電流決定部２９５は、定期的（例えば１ミリ秒毎）に行う処理において、センサ故障検出部２７がトルクセンサ１０９の故障を検出した場合には、フェード処理部２８９から出力された仮センサ故障時電流Ｉｅａと操舵角偏差電流算出部２９２から出力された操舵角偏差電流Ｉθとを加算した値をセンサ故障時電流Ｉｅと決定する（Ｉｅ＝Ｉｅａ＋Ｉθ）。他方、最終センサ故障時電流決定部２９５は、定期的（例えば１ミリ秒毎）に行う処理において、センサ故障検出部２７がトルクセンサ１０９の故障を検出していない場合には、センサ故障時電流Ｉｅを零と決定する。

以上のように構成されたステアリング装置１００によれば、トルクセンサ１０９に故障が生じてトルクセンサ１０９にて検出した操舵トルクＴに基づいて決定した目標電流Ｉｔをアシスト電流とする通常のアシスト制御を行うことができない場合にも、レゾルバ１２０からの出力値に基づいて故障時のアシスト制御を行うことができる。
故障時のアシスト制御を行う際、路面の摩擦力が大きい停車時には、図９に例示した制御マップに基づいて車速補正係数Ｋｖが１に設定されるので、車速Ｖｃが零よりも大きい場合よりもアシスト力が大きくなる。その結果、故障時のアシスト制御であっても駐停車時の取り回し性は確保される。他方、車速Ｖｃが略１（ｋｍ／ｈ）よりも大きくなり動摩擦力の領域に移った場合には、図９に例示した制御マップに基づいて車速補正係数Ｋｖが０．５以下に設定され、アシスト力が急激に弱められるのでアシスト過多にならないように調整される。さらに、車両の旋回が行われる、車速Ｖｃが略１０（ｋｍ／ｈ）より大きな領域では、操舵力が増加する傾向にあるが、この速度では車速補正係数Ｋｖが略５（ｋｍ／ｈ）近辺よりも高められるのでアシスト力が増加する。ただし、車速Ｖｃが略４０（ｋｍ／ｈ）より大きい領域では車速補正係数Ｋｖが小さく設定されるので、アシスト力が弱められる。これにより、高車速時の車両のふらつきが抑制される。
さらに、車速Ｖｃが零から略１（ｋｍ／ｈ）の間で車速補正係数Ｋｖが大きく変化する構成としても、フェード処理部２８９によりアシスト力が徐変されるので、アシスト力が急激に変化することに起因して操舵フィーリングが悪化することが抑制される。

また、故障時のアシスト制御において、回転速度補正係数設定部２８５が設定する回転速度補正係数Ｋｍにより、ステアリングホイール１０１の操舵角速度が大きい場合の切り込み過ぎが抑制される。ただし、車速Ｖｃが第２車速Ｖ２よりも大きい場合には回転速度補正係数Ｋｍが大きくなるように設定されるので、車速Ｖｃが大きい場合の危険回避に必要なアシスト力が確保される。また、車速Ｖｃが第１車速Ｖ１よりも小さい場合には、回転速度補正係数Ｋｍが小さくなるように設定されるので、低μ路低速走行時においてもステアリングとられが抑制される。また、停車時のステアリング引っ掛かりが抑制される。

このように、本実施の形態に係るステアリング装置１００によれば、故障時のアシスト制御時においても、車両の使用状況に応じたアシスト力を付与することができる。つまり、危険回避のためのアシスト力の付与を実現することができるとともに、一般走行のためのアシスト力の付与も実現することができる。その結果、トルクセンサ１０９に故障が生じた後も自宅または最寄りのディーラーまで行くことができ、運転者の安全を確保することができる。

また、本実施の形態に係るステアリング装置１００によれば、トルクセンサ１０９が故障した場合の目標電流Ｉｔに、モータ回転角度θを用いて推定した操舵角（算出操舵角θｓｃ）と操舵角センサ１８０にて検出した操舵角（検出操舵角θａ）との偏差に応じた操舵角偏差電流Ｉθが加味される。それゆえ、例えば自動車１が停止している（電動モータ１１０が停止している）状態からのアシスト開始時などにおいて、仮センサ故障時電流Ｉｅａが零であったとしても操舵角偏差電流Ｉθ相当のアシスト力が付与されるので、運転者の操舵負担が軽減される。すなわち、トーションバー１１２を挟んで下流側に位置するモータ回転角度θから推定した操舵角（算出操舵角θｓｃ）を上流側に位置するステアリングホイール１０１（ステアリングシャフト１０２）側に設けた操舵角センサ１８０で検出した操舵角（検出操舵角θａ）との偏差で補正することにより、トーションバー１１２の捩じれによる位相遅れを補正することができ、操舵応答性を向上できる。

なお、上述した実施の形態においては、フェード処理部２８９において車速Ｖｃに応じて仮センサ故障時電流Ｉｅａをフェードしているが他の部位でもフェードするようにしてもよい。例えば、リミット処理部２８７の前段でリミット処理部２８７に入力される回転速度補正後ベース電流Ｉｅｂｖをフェードするようにしてもよい。これにより、アシスト力が急激に変化することに起因して操舵フィーリングが悪化することが抑制される。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、２８…センサ故障時電流決定部、３０…制御部、１００…電動パワーステアリング装置、１０９…トルクセンサ、１１０…電動モータ、１２０…レゾルバ、１８０…操舵角センサ

Claims (5)

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、
   前記ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   前記ステアリングホイールの回転角度である操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記操舵角を推定する操舵角推定手段と、
   前記トルク検出手段の故障を検出する故障検出手段と、
   前記故障検出手段が故障を検出した場合には、前記操舵角検出手段が検出した操舵角と前記操舵角推定手段が推定した操舵角との偏差に基づく前記アシスト力となるように前記電動モータを制御する制御手段と、
   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。
2. 前記制御手段は、前記車両の移動速度である車速が大きくなるに従って前記アシスト力が小さくなるように補正する
   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. 前記制御手段は、前記偏差の絶対値が大きくなるに従って前記アシスト力が大きくなるように制御する
   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. 前記操舵角推定手段は、前記電動モータの回転角度の履歴に基づいて前記操舵角を推定する
   ことを特徴とする請求項１から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. 前記制御手段は、前記故障検出手段が故障を検出していない場合には前記トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記アシスト力を決定する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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