JP4329792B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者による操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、操舵ハンドルに付与される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じたアシストトルクを電動モータに発生させるようにした車両の電動パワーステアリング装置はよく知られている。例えば、特許文献１の電動パワーステアリング装置においては、操舵ハンドルに加えられた操舵トルクと車速とに基づいてコントローラにて電動モータの目標電流値を算出し、この目標電流値と電流検出器により検出されるモータ電流値（実電流値）との偏差に基づいて、電動モータに通電する目標電圧値を演算する。そして、コントローラにより目標電圧値に応じたデューティ比でインバータをスイッチング制御することで、インバータから電動モータに目標の３相電源電圧が印加されて所望のアシストトルクが得られる。

電動パワーステアリング装置の電動モータとしては、例えば３相永久磁石モータが使用される。そして、この電動モータの回転を３相電源により駆動制御する場合、普通、２相回転磁束座標系（ｄ−ｑ座標系）で記述されるベクトル制御が用いられる。このベクトル制御を行う場合、電動モータの回転角（ロータの電気的な回転角度位置）を検出し、この回転角に基づいて２相／３相座標変換（２相から３相への座標変換と、３相から２相への座標変換）が行われる。

このため、電動モータの回転角を検出する回転角センサが故障した場合には制御不能となってしまう。上記特許文献１のものにおいては、回転角センサとしてレゾルバセンサを用い、レゾルバセンサの出力が断線等によりその出力（周期波形信号の振幅値）が所定値以下になったときには、レゾルバセンサが故障していると判断する。そして、特許文献１のものは、レゾルバセンサの故障を検出した後であっても、レゾルバセンサの出力が所定レベル以上となる電動モータの回転角度位置ではアシスト制御を継続してアシストトルクを発生させ、運転者が急に操舵困難に陥らないようにしようとしている。
特開２００３−２６０２０

しかしながら、故障した回転角センサの検出信号を使って制御することは信頼性に欠け好ましくない。そこで、本願発明者は、操舵アシストトルクを発生させる電動モータとして、突極型永久磁石モータを使った場合には、その突極性（ロータ位置による磁気抵抗の変化）により回転角を推定することができることに着目し、センサレスにて電動モータの回転角を推定し、その推定値に基づいて電動モータを通電制御してアシスト制御を継続させることを考えた。

ところが、電動パワーステアリング装置においては、通常の電動モータと異なり、モータ回転速度が零近傍の極低速でも使用されることが多いため、モータ回転角の推定値の信頼性が低下してしまう。つまり、モータの突極性を利用した回転角の推定値は、モータ回転速度（回転角速度）が低速になるほど信頼性に欠ける。このため、電動パワーステアリング装置の電動モータをそのままセンサレス制御にて駆動すると、目標とするアシストトルクが得られず、場合によっては逆アシスト、つまり、目標とは反対方向にアシストトルクが働いてしまうという不具合を生じるおそれがある。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、操舵アシストトルクを発生させる電動モータをセンサレス制御により駆動可能で、しかも、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構と、上記転舵機構に設けられ、上記操舵ハンドルの操舵操作に対して操舵アシストトルクを発生する突極型永久磁石モータからなる電動モータと、上記電動モータの回転角情報を取得する回転角取得手段と、上記回転角取得手段により取得された回転角情報に基づいて、上記電動モータの回転を制御するモータ制御手段と、上記操舵ハンドルの操舵操作に応じた目標操舵アシストトルクを演算し、上記演算された目標操舵アシストトルクに基づいて、上記モータ制御手段に対して上記電動モータの通電指令を出力して操舵アシストトルクを発生させるアシスト制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、上記電動モータの作動とともに回転して電動モータの回転角を検出する回転角センサと、上記電動モータの突極性を利用して上記電動モータの回転角を推定する回転角推定手段と、上記回転角センサの故障を検出するセンサ故障検出手段とを備え、上記回転角取得手段は、上記回転角センサの故障が検出されていない場合には上記回転角センサから上記回転角情報を取得し、上記回転角センサの故障が検出されたときには上記回転角推定手段から回転角情報を取得するように切り替え、上記アシスト制御手段は、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合には、上記電動モータの回転角速度を大きく保つために上記電動モータにて発生させる操舵アシストトルクに脈動的なトルクを付加する脈動トルク付加手段を備えたことにある。

上記のように構成した本発明によれば、電動モータの回転角（回転角度位置）を実際に検出する回転角センサと、電動モータの突極性を利用して回転角を推定する回転角推定手段とを備え、モータ制御手段により、回転角センサの故障が検出されていない場合には回転角センサからの回転角情報により電動モータの回転を制御し、回転角センサの故障が検出されているときには回転角推定手段により推定した回転角情報により電動モータの回転を制御する。モータ制御手段としては、例えば、電動モータの回転方向をｑ軸とするとともに回転方向と直交する方向をｄ軸とする２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御により電動モータの回転を制御する。

そして、回転角センサの故障が検出されている場合には、回転角推定手段により推定された回転角情報により電動モータの回転を制御して操舵アシストトルクを発生させるが、このとき、電動モータの回転角速度を大きく保つために、脈動トルク付加手段が働いて操舵アシストトルクに脈動的なトルクを付加する。例えば、操舵操作に応じて演算される目標操舵アシストトルクに脈動的なトルクを加算した値を、新たな目標操舵アシストトルクとして設定する。

従って、操舵アシストトルクにこの脈動的なトルクを付加することで、電動モータの回転角速度が所定値未満になることが抑制される。このため、回転角推定手段により推定される電動モータの回転角の推定精度が向上する。尚、操舵アシストトルクに付加するトルクは、高周波の脈動的トルクが好ましい。

本発明の他の特徴は、上記脈動的なトルクは、正弦波状トルクであることにある。

この発明によれば、脈動的なトルクを付加しても、操舵ハンドルの回転角を滑らかに変化させることができ、運転者に対して不快感を与えにくい。尚、正弦波状トルクとは、横軸に経過時間、縦軸にトルク値をとった場合に、そのトルク値の時間的推移を表す波形が正弦波状になることを意味する。

本発明の他の特徴は、上記脈動的なトルクは、矩形波状トルクあるいは台形波状トルクであることにある。

この発明によれば、電動モータの回転方向の切り替わりに要する時間が短くなり、回転角速度が低下する期間を短くすることができる。また、回転角速度の安定化を図ることができる。この結果、回転角推定手段による推定値の精度がさらに向上する。また、操舵ハンドルに周期的な振動が発生するため、運転者に対して異常状態が継続していることを認識させやすい。尚、矩形波状トルクあるいは台形波状トルクとは、横軸に経過時間、縦軸にトルク値をとった場合に、そのトルク値の時間的推移を表す波形が矩形波状あるいは台形波状になることを意味する。

本発明の他の特徴は、上記脈動的なトルクの周波数は、上記電動モータと上記操舵ハンドルとの間の伝達関数ゲインが所定値以下となる値に設定されることにある。

脈動的なトルクの振動の操舵ハンドルへの伝わりやすさ（伝達関数ゲイン）は、その脈動トルクの周波数に依存する。そこで、この発明においては、電動モータと操舵ハンドルとの間の伝達関数ゲインが所定値以下となるように脈動的トルクの周波数を設定することで、電動モータの回転角速度を大きく保ちつつ、トルク変化や振動を操舵ハンドルに伝わらないようにすることができる。この結果、運転者に不快感を与えにくくすることができる。尚、不快感の低減には、付加トルクとして正弦波状の脈動トルクを使うことで特に有効なものとなる。

本発明の他の特徴は、上記アシスト制御手段は、上記操舵ハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサから操舵トルク情報を取得して、上記操舵トルクが大きいほど上記目標操舵アシストトルクを大きく設定する目標アシストトルク設定手段を備え、上記脈動トルク付加手段は、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合であって、上記トルクセンサにより検出される操舵トルクが所定値以下にまで低下したときには、上記脈動的なトルクの付加を停止することにある。

この発明によれば、操舵トルクが大きいほど目標アシストトルク設定手段により目標操舵アシストトルクが大きく設定される。また、トルクセンサにより検出される操舵トルクが所定値以下にまで低下した場合には、脈動トルク付加手段は、その作動を停止して脈動的なトルクの付加を停止する。つまり、操舵トルクが小さく目標操舵アシストトルクが小さく設定されるケースにおいては、人間工学上トルク変動を感じやすいため、こうしたケースでは脈動的なトルク付加を停止することで、運転者に与える不快感を低減することができる。例えば、不快感の低減に有効な正弦波状の付加トルクを使用する場合には、付加トルクを停止するときの操舵ハンドルトルクの大きさの閾値（所定値）として、１Ｎｍ〜３Ｎｍの範囲における値が好ましい。

本発明の他の特徴は、上記アシスト制御手段は、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合であって、上記脈動的なトルクの付加を停止した状態においては、上記電動モータの回転角速度が所定値未満にまで低下していると判断したときに、上記操舵アシストトルクの発生を停止することにある。

操舵トルクが所定位置以下にまで低下し脈動的なトルクの付加を停止した状態においては、電動モータの回転角速度が低下した状態が継続することがある。こうした場合、回転角推定値に含まれる誤差が大きくなる。そこで、この発明では、電動モータの回転角速度が所定値未満にまで低下しているときには、回転角推定値に基づくモータ制御を行わないように操舵アシストトルクの発生を停止する。この結果、信頼性と安全性とを向上することができる。

本発明の他の特徴は、上記目標アシストトルク設定手段は、上記検出した操舵トルクに基づいて上記目標操舵アシストトルクを設定する関係データとして、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合に用いる故障時関係データと、上記故障が検出されていない場合に用いる正常時関係データとを別々に記憶し、上記故障時関係データは上記正常時関係データに比べて、目標操舵アシストトルクが零に設定されるアシスト不感帯域が広いことにある。

この発明によれば、回転角センサの故障が検出されている場合においては、操舵トルクが所定値以下にまで低下したとき脈動的なトルクの付加を停止し、さらに、この状態においては、電動モータの回転角速度が所定値未満になると操舵アシストトルクの発生を停止する。そして、この発明では、目標アシストトルク設定手段が、操舵トルクと目標操舵アシストトルクとを関係付ける関係データを記憶するが、回転角センサの故障が検出されている場合と故障が検出されていない場合とで異なる関係データを記憶し、回転角センサの故障が検出されている場合には故障時関係データを使用し、故障が検出されていない場合には正常時関係データを使用する。

この場合、故障時関係データは、正常時関係データに比べて目標操舵アシストトルクが零に設定されるアシスト不感帯域が広い。つまり、操舵トルクと目標操舵アシストトルクとを関係付ける関係データにおいては、操舵トルクが所定値に満たない範囲では目標操舵アシストトルクが零に設定されるが、この目標操舵アシストトルクが零に設定されるアシスト不感帯の幅が、正常時関係データに比べて故障時関係データのほうが広い。従って、電動モータの回転角速度が所定値未満になって、操舵アシストトルクの発生を停止するときに、急激な操舵トルクの変動が発生せず、運転者に不快感を与えない。つまり、操舵トルク不感帯の幅を広くすることで、操舵アシストトルクの発生を停止するときには、目標操舵アシストトルクが零あるいは非常に小さな値に設定されているようにすることができ、操舵トルクの急激な変動を防止することができる。

また、本発明の他の特徴は、上記目標アシストトルク設定手段は、上記検出した操舵トルクに基づいて上記目標操舵アシストトルクを設定する関係データとして、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合に用いる故障時関係データと、上記故障が検出されていない場合に用いる正常時関係データとを別々に記憶し、上記故障時関係データは上記正常時関係データに比べて、目標操舵アシストトルクが小さいことにある。

この発明によれば、回転角センサの故障が検出されていない場合と故障が検知されている場合とで、操舵トルクに対する目標操舵アシストトルクが異なるように設定され、故障検知時においては目標操舵アシストトルクが小さく設定される。従って、運転者は、通常時に比べてハンドル操作が重くなっていることを感じることにより、異常状態が継続していることを安全に認識することができる。

本発明の他の特徴は、上記脈動トルク付加手段は、上記目標操舵アシストトルクの減少に従って上記脈動トルクの振幅を減少させ、上記目標操舵アシストトルクの増加に従って上記脈動トルクの振幅を増大させることにある。

この発明の電動パワーステアリング装置においては、操舵アシストトルクによりステアリングシステムの剛性が変化する。つまり、操舵ハンドルから転舵輪までのあいだの転舵機構内には、バネ体（例えば、トーションバー）が含まれるが、操舵アシストトルクに応じてバネ捩れ状態の度合いが変化してステアリングシステムの剛性が変化する。例えば、操舵アシストトルクが小さく働いている状態においてはシステム剛性が低く、操舵アシストトルクが大きく働いている状態においてはシステム剛性が高くなる。従って、電動モータに対して一定の大きさの付加トルクを設定した場合には、システム剛性の大きさによって、電動モータの回転角速度を所定値以上に維持するのに必要な加振幅が得られない。

そこで、本発明では、目標操舵アシストトルクの増加に伴って付加トルクの振幅を増大することにより、常に、必要な加振幅が得られ、結果として、電動モータの回転角速度を常に所定値以上に保持することができる。従って、回転角推定手段による回転角推定値の精度を向上することができる。この結果、信頼性、安全性を向上することができる。

本発明の他の特徴は、操舵ハンドルの操舵状態を検出する操舵センサを備えるとともに、上記アシスト制御手段は、少なくとも上記操舵センサにより検出された操舵状態に応じて、上記操舵アシストトルクに付加する脈動的トルクの目標波形を算出する目標波形算出手段を備えたことにある。

この発明によれば、目標波形算出手段により脈動的トルクの波形を算出するため、最適なトルクを付加することができる。例えば、電動モータの回転角速度をできるだけ高速に維持したい場合には、モータ回転角速度の波形を矩形波状にする。一方、運転者への脈動的トルクの伝達を抑制しつつ電動モータの回転速度を高速に維持したい場合には、モータ回転角速度の波形を正弦波状にする。そして、目標とするモータ回転角度の波形を得るために、電動モータで発生させる脈動的トルクの目標波形（＝目標電流波形）を算出する。

この場合、例えば、ステアリングシステムモデルに基づいて目標波形を算出する目標波形算出手段を備えるとよい。ステアリングシステムモデルは、システム剛性、システム慣性、システム質量、操舵アシストトルクなどから決定される。このうち、システム剛性や操舵アシストトルクは、操舵角や操舵トルクといった操舵状態量、および車速などのパラメータによって決定される。そこで、本発明においては、少なくとも操舵状態量をパラメータとして入力し、このパラメータから脈動トルクの目標波形を算出する。この結果、所望の波形にて脈動的トルクを付加することができる。

本発明の他の特徴は、上記電動モータの回転軸と上記転舵機構との連結部に、上記電動モータが大きな回転トルクを発生する高トルク域と小さな回転トルクを発生する低トルク域とで剛性が変化し、低トルク域では高トルク域よりも低剛性となる可変剛性体を設けたことにある。

脈動的トルクを操舵アシストトルクに付加することで、電動モータの回転角速度を所定値以上にして回転角推定精度を確保するが、この脈動的トルクが操舵ハンドルに伝わって運転者への不快感を招くおそれがある。そこで、この発明では、更に、電動モータの回転軸と転舵機構との連結部に、低トルク域では高トルク域よりも低剛性となる可変剛性体を設けることにより、脈動的トルクが操舵ハンドルに伝達されにくくしている。

一般に、運転者にとってハンドル操作する操舵トルクが小さい場合にはトルク変動を感じやすい。この場合には、電動モータの操舵アシストトルクも小さい。このとき、本発明においては、電動モータの回転軸と転舵機構との連結部に設けられる可変剛性体が低剛性になっているため、電動モータが脈動的付加トルクを発生したときに、その振動（脈動的なモータの回転）の発生が邪魔されにくく、所定のモータ回転角速度が確保される。しかも、その振動は可変剛性体にて吸収されるため転舵機構側に伝達されにくい。

一方、操舵ハンドルが強く回動操作された場合には、大きな操舵アシストトルクが必要となり電動モータが大きなトルクを発生する。この場合には、電動モータの回転軸と転舵機構との連結部に設けられる可変剛性体が高剛性になっているため、電動モータの回転トルクが転舵機構に確実に伝達され適正な操舵アシストトルクを発生させることができる。また、操舵トルクが大きい場合には、運転者にとって脈動的トルクによるトルク変動を感じにくいため、運転者に不快感を与えにくい。

本発明の他の特徴は、上記電動モータの回転軸と上記転舵機構との連結部における剛性特性を選択的に切り替え可能な剛性特性切替手段を備え、上記剛性特性切替手段は、上記電動モータが大きな回転トルクを発生する高トルク域と小さな回転トルクを発生する低トルク域とで剛性が変化し低トルク域では高トルク域よりも低剛性となる第１剛性特性と、上記低トルク域から上記高トルク域にわたって上記第１剛性特性の高トルク域での剛性と同程度の高剛性特性が得られる第２剛性特性とに切り替え可能で、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合には上記第１剛性特性を選択し、上記故障が検出されていない場合には上記第２剛性特性を選択することにある。

この発明によれば、回転角センサの故障が検出されている場合と、故障が検出されていない場合とで、電動モータの回転軸と転舵機構との連結部における剛性特性を剛性特性切替手段により切り替える。回転角センサの故障が検出されている場合には、第１剛性特性が選択される。この第１剛性特性が選択された場合には、操舵アシストトルクが小さいときと大きいときとで、電動モータの回転軸と転舵機構との連結部の剛性が変化する。

操舵アシストトルクが小さいときには、電動モータの回転軸と転舵機構との連結部が低剛性になるため、電動モータが脈動的付加トルクを発生したときに、その振動（脈動的なモータの回転）の発生が邪魔されにくく、所定のモータ回転角速度が確保される。しかも、その振動は低剛性の連結部にて吸収されるため転舵機構側に伝達されにくい。従って、所定のモータ回転角速度の確保と、操舵ハンドルへの振動伝達抑制とが両立される。

一方、操舵アシストトルクが大きいときには、電動モータの回転軸と転舵機構との連結部が高剛性になるため、電動モータの回転トルクが転舵機構に確実に伝達され適正な操舵アシストトルクを発生させることができる。また、操舵トルクが大きい場合には、運転者にとって脈動的トルクによるトルク変動を感じにくく不快感を与えにくい。

また、回転角センサの故障が検出されていない場合には、第２剛性特性が選択される。従って、電動モータの回転軸と転舵機構との連結部が高剛性になるため、電動モータの回転トルクが転舵機構に確実に伝達され適正な操舵アシストトルクを発生させることができる。また、回転角センサの故障が検出されていない場合は、電動モータは脈動的付加トルクを発生しない。従って、操舵ハンドルへ付加トルクによる振動が伝達されることもない。

本発明の他の特徴は、上記転舵機構に設けられ、上記転舵輪の転舵角に対する上記操舵ハンドルの操舵角の比であるステアリングギヤ比を変更するギヤ比可変装置と、上記操舵アシストトルクに付加される脈動的なトルクが上記操舵ハンドルに伝わらないように、上記脈動的なトルクの振動に同期させ上記ギヤ比可変装置を制御するギヤ比制御手段とを備えたことにある。

この発明によれば、ギヤ比制御手段が脈動的なトルクの振動に同期させてギヤ比可変装置を制御し、操舵アシストトルクに付加される脈動的なトルクが操舵ハンドルに伝わらないようにする。従って、所定のモータ回転角速度の確保と、操舵ハンドルへの振動伝達抑制とを両立することができる。ギヤ比可変装置は、例えば、操舵ハンドルに連結される操舵軸に設けられ、操舵軸の出力回転角と操舵ハンドルの入力回転角との比を調整するように構成されるものである。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両の電動パワーステアリング装置を示す概略図である。

この車両の電動パワーステアリング装置は、大別すると、操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構１０と、転舵機構１０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生する電動モータ１５と、操舵ハンドルの操舵状態に応じて電動モータ１５の作動を制御する電子制御ユニット３０とから構成される。

電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームを介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。従って、操舵ハンドル１１、ステアリングシャフト１２、ラックアンドピニオン機構１３，１４、タイロッド、ナックルアーム等により転舵機構１０が構成される。

ラックバー１４には、操舵アシスト用の電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５は、突極型３相永久磁石モータであるブラシレスモータによって構成されている。電動モータ１５の回転軸は、ボールねじ機構１６を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵をアシストする。ボールねじ機構１６は、減速器および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ１５の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。また、電動モータ１５をラックバー１４に組み付けるのに代えて、電動モータ１５をステアリングシャフト１２に組み付けて、電動モータ１５の回転を減速器を介してステアリングシャフト１２に伝達して同シャフト１２を軸線周りに駆動するように構成してもよい。

ステアリングシャフト１２には、操舵トルクセンサ２１が設けられる。操舵トルクセンサ２１は、ステアリングシャフト１２に介装されて上端および下端をステアリングシャフト１２に接続したトーションバー２１ｃと、トーションバー２１ｃの上端部と下端部とにそれぞれ組みつけられたレゾルバセンサ２１ａ，２１ｂとからなる。各レゾルバセンサ２１ａ，２１ｂは、トーションバー２１ｃの上端および下端の回転角をそれぞれ検出して、検出した回転角信号を出力する。操舵ハンドル１１が回動操作されると、ステアリングシャフト１２に操舵トルクが働いてトーションバー２１ｃが捩れる。

操舵トルクセンサ２１は、このトーションバー２１ｃの捩れ角に応じた２つのレゾルバセンサ２１ａ，２１ｂの検出回転角信号を出力する。従って、この操舵トルクセンサ２１の出力信号により、トーションバーの捩れ角に対応した操舵トルクを検出できる。以下、この明細書においては、操舵トルクセンサ２１の出力信号を、操舵トルクＴｈを表す信号として説明する。また、操舵トルクＴｈは、正負の値により操舵ハンドル１１の右方向および左方向の操舵時における操舵トルクの大きさをそれぞれ表す。また、操舵トルクセンサ２１をステアリングシャフト１２に組み付けるのに代え、ラックバー１４に組み付けて、ラックバー１４の軸線方向の歪み量から操舵トルクを検出するようにしてもよい。

電動モータ１５には、回転角センサ２３が設けられる。この回転角センサ２３は、電動モータ１５内に組み込まれ、電動モータ１５の回転子の回転角度位置に応じた検出信号を出力するもので、例えばレゾルバセンサにより構成される。この回転角センサ２３からの検出信号は、電動モータ１５の回転角θｍおよび回転角速度ωｍの計算に利用される。一方、この電動モータ１５の回転角θｍは、操舵ハンドル１１の操舵角に比例するものであるので、本明細書では、この回転角θｍは、操舵ハンドル１１の操舵角としても共通に用いられる。また、電動モータ１５の回転角速度ωｍは、操舵ハンドル１１の操舵角速度に比例するものであるため、本明細書では、この回転角速度ωｍは、操舵ハンドル１１の操舵角速度としても共通に用いられる。

次に、電動モータ１５の作動を制御する電子制御ユニット３０について説明する。
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするとともに、電動モータ１５の駆動回路をも備えている。また、電子制御ユニット３０は、操舵トルクセンサ２１、回転角センサ２３、車速センサ２２を接続して各検出信号を入力する。車速センサ２２は、車両の走行速度に応じた車速信号Ｖを出力する。

次に、電子制御ユニット３０の第１実施形態から第１０実施形態について説明する。尚、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態については、補正された本発明には含まれない実施形態である。図２は、電子制御ユニット３０の第１実施形態を表し、プログラムの実行によって実現される前記マイクロコンピュータの機能を表す機能ブロックを含む電子制御ユニット３０の全体ブロック図である。
電子制御ユニット３０は、電動モータ１５の回転方向をｑ軸とするとともに回転方向と直交する方向をｄ軸とする２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御によって電動モータ１５の回転を制御する。尚、これらのｑ軸およびｄ軸について、表現方法を換えると、ｄ軸が電動モータ１５の永久磁石による界磁方向であり、ｑ軸がそれに直交する方向、つまり電動モータ１５のトルクの発生に起因する方向である。

電子制御ユニット３０は、電動モータ１５の回転角を検出する回転角センサ２３に故障が検出されていないときに行う制御と、回転角センサに故障が検出されたときに行う制御とで、その態様を切り替える。
まず、故障が検出されていない通常時に働く機能構成から説明し、その後で、故障時にて働く追加機能構成について説明する。

電子制御ユニット３０は、基本アシストトルク演算部３１および補償値演算部３２を備えている。基本アシストトルク演算部３１は、図３５に示すように、操舵トルクＴｈと車速Ｖとに応じて基本アシストトルクＴａｓを設定するための基本アシストマップを記憶する。基本アシストトルク演算部３１は、操舵トルクセンサ２１からの操舵トルクＴｈ情報及び車速センサ２２からの車速Ｖ情報を入力して、この基本アシストマップを参照することにより基本アシストトルクＴａｓを計算する。この場合、基本アシストトルクＴａｓは、操舵トルクＴｈの増加にしたがって増加するとともに車速Ｖの増加にしたがって減少する。尚、本実施形態では、基本アシストトルクＴａｓを基本アシストマップを用いて計算するようにしたが、基本アシストマップに代えて操舵トルクＴｈおよび車速Ｖに応じて変化する基本アシストトルクＴａｓを定義した関数を用意しておき、同関数を用いて基本アシストトルクＴａｓを計算するようにしてもよい。

補償値演算部３２は、前記車速Ｖと共に、電動モータ１５の回転角θｍ（操舵ハンドル１１の操舵角に相当）および回転角速度ωｍ（操舵ハンドル１１の操舵角速度に相当）を入力し、基本アシストトルクＴａｓに対する補償値Ｔｒｔを計算する。すなわち、補償値演算部３２は、基本的には、操舵角に比例して大きくなるステアリングシャフト１２の基本位置への復帰力と、操舵角速度に比例して大きくなるステアリングシャフト１２の回転に対する抵抗力に対応した戻しトルクとの和を補償値Ｔｒｔとして計算する。また、前記補償値Ｔｒｔは、車速Ｖの増加に従って増加する。

これらの計算された基本アシストトルクＴａｓおよび補償値Ｔｒｔは演算部３３に入力される。演算部３３は、基本アシストトルクＴａｓと補償値Ｔｒｔを加算し、加算結果を目標指令トルクＴ＊としてｑ軸目標電流演算部３４に出力する。従って、本実施形態においては、基本アシストトルク演算部３１と補償値演算部３２と演算部３３とにより本発明の目標アシストトルク設定手段を構成している。

ｑ軸目標電流演算部３４は、前記目標指令トルクＴ＊に比例したｑ軸目標電流Ｉｑ＊を計算する。このｑ軸目標電流Ｉｑ＊は、前記２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御におけるｑ軸成分電流であり、電動モータ１５によって発生される回転トルクの大きさを制御するものである。

電子制御ユニット３０は、電動モータ１５の効率化および小型高出力化のための弱め界磁制御に関係した弱め界磁制御パラメータ演算部３５を備えている。弱め界磁制御パラメータ演算部３５は、詳しくは後述する電動モータ１５の回転角速度ωｍ、電動モータ１５に対するｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’および電動モータ１５のｑ軸実電流Ｉｑを入力し、第１〜第３パラメータマップを参照して、前記回転角速度ωｍ、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’およびｑ軸実電流Ｉｑに応じた第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを計算する。これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉは、ｄ軸目標電流演算部３６に出力される。ｄ軸目標電流演算部３６は、第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉに正の係数ｋを乗算して、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊（＝ｋ・Ｃｗ・Ｃｑ・Ｃｉ）を計算する。このｄ軸目標電流Ｉｄ＊は、前記２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御におけるｄ軸成分電流であり、電動モータ１５の界磁を弱めるためのものである。

次に、これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉについて説明しておく。第１パラメータマップは、図３６の特性グラフに示すように、モータ回転角速度ωｍが小さい部分では「０」を示し、モータ回転角速度ωｍの大きい部分ではほぼ一定の正の値を示す第１パラメータＣｗを記憶している。言い換えれば、モータ回転角速度ωｍが大きくなるに従って大きくなる値を示す第１パラメータＣｗを記憶している。したがって、この特性に従って決定される第１パラメータＣｗは、電動モータ１５の回転速度が大きな領域で弱め界磁電流を大きくすることを意味し、電動モータ１５を出力トルク重視の特性から回転速度重視の特性に変更する。また、この第１パラメータＣｗは、電動モータ１５の回転速度が遅いとき、すなわち操舵ハンドル１１の回動速度が遅いときに、無駄な弱め界磁電流が流れることを防止する。

第２パラメータマップは、図３７の特性グラフに示すように、電動モータ１５のｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’が小さい部分では「０」を示し、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’の大きい部分ではほぼ一定の正の値を示す第２パラメータＣｑを記憶している。言い換えれば、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’が大きくなるに従って大きくなる値を示す第２パラメータＣｑを記憶している。このｑ軸指令電圧Ｖｑが大きいことは、詳しくは後述するｑ軸指令電流ΔＩｑが大きいこと、すなわちｑ軸目標電流Ｉｑ＊（補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’）と電動モータ１５の実ｑ軸電流Ｉｑとの偏差が大きいことを意味し、前記偏差が大きくなるに従って電動モータ１５の弱め界磁電流は大きくなる。これにより、第２パラメータＣｑは、車両走行中に操舵ハンドル１１をゆっくりかつ小さく回動操作した場合に、前記偏差が大きなときに弱め界磁制御を行って電動モータ１５の回転速度を上昇させ、前記偏差が小さなときには無駄な弱め界磁電流が流れることを防止する。

第３パラメータマップは、図３８の特性グラフに示すように、ｑ軸実電流Ｉｑの小さい部分ではほぼ一定の正の値を示すとともにｑ軸実電流Ｉｑの大きい部分では「０」を示す第３パラメータＣｉを記憶している。言い換えれば、ｑ軸実電流Ｉｑが大きくなるに従って小さくなる値を示す第１パラメータＣｉを記憶している。この第３パラメータＣｉは、モータ回転角速度ωｍが大きな状態で、操舵ハンドル１１をさらに速く回動操作した場合に、電動モータ１５による操舵アシストトルクが減少制御されて、操舵ハンドル１１の操舵トルクが増加することを回避する。尚、本実施形態では、これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを第１〜第３パラメータマップを用いて計算するようにしたが、これらのマップに代えてモータ回転角速度ωｍ、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’およびｑ軸実電流Ｉｑに応じて変化する第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉをそれぞれ定義した関数を用意しておき、同関数を用いて第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを計算するようにしてもよい。

前記計算されたｑ軸目標電流Ｉｑ＊およびｄ軸目標電流Ｉｄ＊はｑ軸目標電流補正演算部３７に出力される。ｑ軸目標電流補正演算部３７は、ｑ軸目標電流演算部３４からｑ軸目標電流Ｉｑ＊を入力し、ｄ軸目標電流演算部３６からｄ軸目標電流Ｉｄ＊を入力する。そして、ｑ軸目標電流補正演算部３７は、図３９に示す補正係数マップを参照して、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊に対応した補正係数αを算出するとともに、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊をその補正係数αで除算することにより、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊を補正した補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’を計算して（Ｉｑ＊’＝Ｉｑ＊／α）、その計算結果である補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’を演算部３８に出力する。

この補正係数マップは、ｑ軸目標電流補正演算部３７に設けられており、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊の増加に従って減少する正の補正係数αを記憶している。これにより、補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’は、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊が大きくなる従ってｑ軸目標電流Ｉｑ＊を大きくなる側に補正した値を示す。
尚、本実施形態では、補正係数αを補正係数マップを用いて計算するようにしたが、補正係数マップに代えてｄ軸目標電流Ｉｄ＊に応じて変化する補正係数αを定義した関数を用意しておき、同関数を用いて補正係数αを計算するようにしてもよい。

演算部３８は、補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’からｑ軸実電流Ｉｑを減算し、減算結果をｑ軸指令電流ΔＩｑとして比例積分制御部（ＰＩ制御部）４１に出力する。演算部３９は、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊からｄ軸実電流Ｉｄを減算し、減算結果をｄ軸指令電流ΔＩｄとして比例積分制御部（ＰＩ制御部）４２に出力する。比例積分制御部４１および比例積分制御部４２は、ｑ軸指令電流ΔＩｑおよびｄ軸指令電流ΔＩｄに基づいて、ｑ軸実電流Ｉｑおよびｄ軸実電流Ｉｄが補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’およびｄ軸目標電流Ｉｄ＊にそれぞれ追従するようにｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を計算する。

比例積分制御部４１および比例積分制御部４２により算出されたｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊は、非干渉補正値演算部４３及び演算部４４，４５により補正されてｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’として２相／３相座標変換部４６に出力される。非干渉補正値演算部４３は、ｑ軸実電流Ｉｑとｄ軸実電流Ｉｄとモータ回転角速度ωｍとに基づいて、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊のための非干渉補正値−ωｍ・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)，ωｍ・Ｌa・Ｉｑを計算する。尚、前記インダクタンスＬa及び磁束φaは、予め決められた定数である。

演算部４４、４５は、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊から非干渉補正値−ωｍ・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)，ωｍ・Ｌa・Ｉｑをそれぞれ減算して、ｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊’（＝Ｖｑ＊＋ωｍ・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)）およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’（＝Ｖｄ＊−ωｍ・Ｌa・Ｉｑ）を算出する。

２相／３相座標変換部４６は、ｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊’およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’を３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換して、同変換した３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ電圧発生部４７に出力する。ＰＷＭ電圧発生部４７は、３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶをインバータ回路４８に出力する。インバータ回路４８は、前記ＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶに対応した３相の励磁電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生して、同励磁電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを３相の励磁電流路を介して電動モータ１５にそれぞれ印加する。

３相の励磁電流路のうちの２つには電流センサ５１，５２が設けられ、各電流センサ５１，５２は、電動モータ１５に対する３相の励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２つの励磁電流Ｉｕ，Ｉｗを検出して３相／２相座標変換部５３に出力する。この３相／２相座標変換部５３には、演算部５４にて前記実電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて計算された励磁電流Ｉｖも出力されている。３相／２相座標変換部５３は、これらの３相実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２相実電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。

また、回転角センサ２３からの出力信号は、回転角変換部５５および故障検知部６１に出力される。回転角センサ２３として使用されるレゾルバセンサは、電動モータ１５のロータとともに回転する図示しないレゾルバロータと、モータケーシングに固定されるレゾルバステータとを備え、レゾルバロータには励磁コイルである１次巻線が設けられ、レゾルバステータにはπ／２だけ位相のずれた一対の検出用コイルである２次巻線が設けられる。そして１次巻線を正弦波信号により励磁することにより、２次巻線に２種類の誘起電圧信号を出力させる。回転角変換部５５は、回転角センサ２３から出力された誘起電圧信号に基づいて、モータ回転角（電気角θ）を算出する。回転角変換部５５は、算出したモータ回転角情報を回転角θｍａとして回転角選択部６０に出力する。

レゾルバセンサの場合、巻線が断線したり絶縁不良を起こしたりすることがある。そこで、故障検知部６１では、回転角センサ２３の出力信号の振幅を監視し、その振幅が予め設定した許容範囲から外れた場合には、回転角センサ２３が故障していると判断してセンサ故障信号ｆａｉｌを出力する。また、レゾルバセンサの一対の２次巻線の誘起電圧信号を比べて故障を検出する。例えば、２次巻線の一方から正弦波信号が出力されているときに、他方の２次巻線から一定値信号が出力されているときなど、２つの検出信号状態の組み合わせが矛盾するケースにおいても故障検知部６１はセンサ故障信号ｆａｉｌを出力する。

センサ故障信号ｆａｉｌは、回転角選択部６０および回転角推定部６２に出力される。回転角選択部６０は、電動モータ１５の回転制御に使うモータ回転角（電気角）情報を出力するもので、回転角変換部５５から出力されるモータ回転角検出値θｍａ、および、回転角推定部６２から出力されるモータ回転角推定値θｍｂを入力し、センサ故障信号ｆａｉｌの有無に応じて何れか一方のモータ回転角（θｍａまたはθｍｂ）を選択して、モータ回転角θｍとして出力する。つまり、回転角選択部６０は、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌを入力していない状況においては、回転角変換部５５から入力したモータ回転角検出値θｍａをモータ回転角θｍとして出力し、センサ故障信号ｆａｉｌを入力している状況においては、回転角推定部６２から入力したモータ回転角推定値θｍｂをモータ回転角θｍとして出力する。

回転角推定部６２は、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されているときに回転角センサ２３を用いずにモータの突極性を利用してセンサレスにてモータ回転角を推定する。センサレスにてモータ回転角（電気角）を算出により推定する手法は種々知られている。ここでセンサレスでの回転角の算出方法の一例を示す。例えば、モータが所定の回転速度以上で運転している場合には、次式（１），（２）に示す電圧方程式を用いて回転角の算出を行う。
Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ−ｐ（Ｌｄ・Ｉｄ）＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ＝０ ……（１）
Ｖｑ−Ｒ・Ｉｑ−ｐ（Ｌｑ・Ｉｑ）−ω・Ｌｄ・Ｉｄ−Ｅ＝０ ……（２）

ここで、Ｖはモータに印加される電圧値、Ｉはモータ巻線に流れる電流値、Ｌは巻線のインダクタンスを示している。Ｖ，Ｉ，Ｌに付けられた添え字ｄおよびｑは、それぞれの値がモータのいわゆるｄ軸、ｑ軸方向の値であることを意味している。上式の他の変数について、Ｒはモータコイル抵抗、ωはモータの電気的回転角速度、Ｅはモータの回転によって生じる逆起電圧を示している。モータの電気的角速度ωは、モータの機械的な角速度に極対数を乗じて求められる値である。また、ｐは時間微分演算子である。つまり、
ｐ（Ｌｄ・Ｉｄ）＝ｄ（Ｌｄ・Ｉｄ）／ｄｔ
である。

この電圧方程式（１），（２）は、ｄ軸、ｑ軸について常に成立する方程式である。センサレスでモータを制御する場合、まず、モータの制御装置は、ある推定された回転角θｃに基づいて上記方程式を演算する。このとき、演算結果には推定された回転角θｃと現実の回転角θとの誤差角Δθに応じた演算誤差が生じる。つまり、算出された電流および電圧値を用いて上述の電圧方程式（１），（２）を計算すれば、本来は値０となるべき両方程式が０以外の値となる。前のタイミングにおける回転角に、現タイミングにおける電圧値、電流値等を用いて計算された方程式（１），（２）の誤差を考慮した補正を行うことにより、現タイミングにおける回転角を算出することができる。

回転角を演算する方法の具体例を以下に示す。先に示した電圧方程式（１），（２）において、時間微分（ｄ／ｄｔ）を時間差分（変化量／時間）に置き換えて変形すると次式（３）〜（５）が得られる。
ΔＩｄ＝Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄｍ
＝Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄ（ｎ−１）−ｔ（Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ）／Ｌｄ
……（３）
ΔＩｑ＝Ｉｑ（ｎ）−Ｉｑｍ
＝Ｉｑ（ｎ）−Ｉｑ（ｎ−１）−ｔ（Ｖｑ−Ｒ・Ｉｑ＋ω・Ｌｄ・Ｉｄ−Ｅ（ｎ−１））／Ｌｑ ……（４）
Ｅ（ｎ）＝Ｅ（ｎ−１）−ｋ１・ΔＩｑ ……（５）

ここで、Ｉｄ，Ｉｑはｄ軸、ｑ軸の電流、すなわち磁化電流およびトルク電流、Ｌｄ，Ｌｑはｄ軸、ｑ軸方向のインダクタンス、Ｖｄ，Ｖｑは巻線に印加される電圧値を示している。それぞれの変数に付けられた（ｎ）等は、上記演算が周期的に繰り返し実行されていることを踏まえて付されており、（ｎ）は現タイミングにおける値であり、（ｎ−１）は前タイミングにおける値を意味している。Ｉｄｍ、Ｉｑｍは磁化電流およびトルク電流のそれぞれのモデル値、即ち推定した回転角が正しいと仮定した場合に電圧方程式に基づいて求められる電流の理論値を意味する。ｋ１は、逆起電圧Ｅ（ｎ），Ｅ（ｎ−１）、ΔＩｑとを関係付け、回転角の算出に用いられる定数であり、実験的に定められるものである。尚、この演算が実行される周期は、上式における時間ｔである。

上式（５）で算出されるモータの回転によって生じる逆起電圧Ｅ（ｎ）は、モータ回転角速度ωに比例する。従って、モータ回転角速度ωは次式（６）のように表すことができる。
ω＝ｋ２・Ｅ（ｎ） ……（６）
また、モータの回転角θ（ｎ）は、モータ回転角速度ωを使って表すと次式（７）のように表すことができる。
θ（ｎ）＝ｋ３・θ（ｎ−１）・ω ……（７）
従って、モータの回転角θ（ｎ）は、逆起電圧Ｅ（ｎ）を用いて次式（８）のように算出することができる。
θ（ｎ）＝ｋ・θ（ｎ−１）・Ｅ（ｎ） ……（８）
この式（８）における逆起電圧Ｅ（ｎ）は、式（５）により求めた値を代入すればよい。
ｋ（＝ｋ２・ｋ３）は、実験により求めた比例定数である。
尚、回転角をセンサレスにて検出する手法は、上記以外にも種々提案されているため、任意のものを採用することができる。

図２の機能ブロック構成の説明に戻る。回転角選択部６０は、選択したモータ回転角情報である回転角θｍを角速度変換部５６、２相／３相座標変換部４７、３相／２相座標変換部５３、補償値演算部３２に出力する。角速度変換部５６は、回転角θｍを微分して回転子の固定子に対する回転角速度ωｍを計算する。尚、角速度変換部５６は、回転角センサ２３の故障が検知されている場合には、回転角推定部６２の回転角推定に当たって逆起電圧Ｅから算出したモータ回転角速度をそのまま利用する。モータ回転角速度ωｍは、前述した弱め界磁制御パラメータ演算部３５、補償値演算部３２、非干渉補正値演算部４３などに出力されて利用される。

次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。運転者が操舵ハンドル１１を回動操作すると、この回動操作は、ステアリングシャフト１２およびピニオンギヤ１３を介してラックバー１４に伝達されて、ラックバー１４の軸線方向の変位により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵される。これと同時に、操舵トルクセンサ２１はステアリングシャフト１２に付与される操舵トルクＴｈを検出し、電動モータ１５が電子制御ユニット３０によりサーボ制御されて前記操舵トルクＴｈに応じたアシストトルクでラックバー１４を駆動するので、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は電動モータ１５の駆動力によりアシストされながら操舵される。

この電子制御ユニット３０によるサーボ制御においては、基本アシストトルク演算部３１、補償値演算部３２及び演算部３３が、前記検出操舵トルクＴｈ、車速Ｖ、電動モータ１５の回転角θｍ（操舵ハンドル１１の操舵角に対応する）および電動モータ１５の回転角速度ωｍ（操舵ハンドル１１の操舵角速度に対応する）に基づいて目標指令トルクＴ＊を計算するとともに、ｑ軸目標電流演算部３４がこの目標指令トルクＴ＊に基づいてｑ軸目標電流Ｉｑ＊を計算する。また、ｄ軸目標電流演算部３６が、弱め界磁制御パラメータ演算部３５にてモータ回転角速度ωｍ、ｑ軸指令電圧Ｖｑおよびｑ軸実電流Ｉｑに基づいて計算された第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを用いて、ｄ軸目標電流Ｉｑ＊を計算する。

そして、演算部３８，３９、比例積分制御部４１，４２、２相／３相座標変換部４６、ＰＷＭ電圧発生部４７及びインバータ回路４８が、電流センサ５１，５２、３相／２相座標変換部５３及び演算部５４によってフィードバックされたｄ軸実電流Ｉｄおよびｑ軸実電流Ｉｑを用いて、電動モータ１５を制御する。また、非干渉補正値演算部４３及び演算部４４，４５は、ｄ，ｑ軸間で干渉し合う速度起電力を打ち消すために比例積分制御部４１，４２からのｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を補正する。
以下、上述したように電動モータ１５の通電を制御して所望の操舵アシストトルクを発生させる制御をアシスト制御と呼ぶ。

電子制御ユニット３０は、こうしたアシスト制御を行うに当たっては、回転角センサ２３の故障が検出されていない場合には回転角センサ２３にて検出した検出回転角θｍａを使用して電動モータ１５を制御し、回転角センサ２３の故障が検出されている場合には回転角推定部６２により推定した推定回転角θｍｂを使用して電動モータ１５を制御する。
以下、回転角推定部６２により推定した推定回転角θｍｂに基づいて行うアシスト制御態様をセンサレスアシスト制御と呼び、回転角センサ２３の故障が検出されず回転角センサ２３にて検出した回転角θｍａに基づいて行うアシスト制御態様をノーマルアシスト制御と呼ぶ。

次に、回転角センサ２３の故障が検出されて、回転角推定部６２により推定した推定回転角θｍｂに基づいてアシスト制御を行うときに働く機能部について説明する。

第１実施形態としての電子制御ユニット３０は、上述した各機能部に加えて、図２に太線枠で示すように、アシスト停止指令部６３を備える。アシスト停止指令部６３は、角速度変換部５６からモータ回転角速度ωｍ情報を入力するとともに、故障検知部６１から故障判定信号を入力する。

推定回転角θｍｂの実際の回転角に対する誤差は、図１３に示すように、モータ回転角速度ωｍが大きいほど小さく、逆に、モータ回転角速度ωｍが小さいほど大きくなる特性を有する。アシスト停止指令部６３は、図１３に示す特性から、予め設定されたモータ回転角θｍの許容誤差範囲Ｅ１の境界（許容限界値）に対応するモータ回転角速度ωｍ１をアシスト制御停止判定用の閾値として記憶する。
尚、本願明細書中において、モータ回転角速度ωｍ、モータ回転角θｍ、操舵トルクＴｈ、操舵アシストトルクＴａｓ、操舵角θｈなどの大小比較を論じる場合は、それらの絶対値についての比較である。

アシスト停止指令部６３は、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されていないとき、つまり、ノーマルアシスト制御が行われる場合には非アクティブ状態となり作動しないが、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されているとき、つまり、センサレスアシスト制御が行われる場合にはアクティブ状態となる。

アシスト停止指令部６３は、アクティブ状態においては、角速度変換部５６から入力したモータ回転角速度ωｍと閾値ωｍ１とを比較する。そして、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１以上であるときアシスト制御を継続させ、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１未満であるときにアシストトルクの発生を停止（以下、パワーアシストの停止と呼ぶ）させる。
つまり、電子制御ユニット３０は、回転角センサ２３の故障が検知されているときにアシスト停止指令部６３をアクティブにしてモータ回転速度ωｍと閾値ωｍ１との比較判定を行うように制御態様を変更し、更に、モータ回転速度ωｍと閾値ωｍ１との大小関係に応じてパワーアシストの停止／継続を切り替えるように制御態様を変更する。

パワーアシストを停止させるにあたって、本実施形態においては、アシスト停止指令部６３からＰＷＭ電圧発生部４７に停止指令信号を出力する。ＰＷＭ電圧発生部４７は、アシスト停止指令部６３から停止指令信号を入力した場合には、インバータ回路４８へのＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶを停止し、インバータ回路４８のスイッチング素子をオフ状態に維持する。また、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１以上であるときは、アシスト停止指令部６３は、ＰＷＭ電圧発生部４７にアシスト許可信号を出力してセンサレスアシスト制御を継続させる。
図１２は、操舵状態（操舵角θｈ、操舵角速度ωｈ）に応じてアシスト停止指令部６３から出力される信号（停止指令信号：ＯＦＦ、許可信号：ＯＮ）の変化を表す。

尚、アシスト停止指令部６３は、モータ回転角速度ωｍの閾値ωｍ１への低下を判断するに当たっては、電動モータ１５で発生する逆起電圧Ｅの振幅の低下に基づいて判断するとよい。つまり、図１４に示すようにモータ回転角速度ωｍは逆起電圧Ｅと比例関係にあり、逆起電圧Ｅは、回転角推定部６２にて回転角θｍｂを推定する過程にて算出されている。従って、この逆起電圧Ｅが所定値未満か否かを判断することによりパワーアシストの停止／許可を切り替えるようにする。これによれば、モータ回転角速度低下判定が容易で、しかも判定精度が高い。

この第１実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、回転角センサ２３が故障しても、回転角推定値に基づくセンサレス制御によりアシスト制御を実施することができるため、軽い力でハンドル操作を行うことができる。また、モータ回転角速度ωｍが低くなって回転角推定値の信頼性が低下しているときには、パワーアシストを停止するため、誤った操舵アシストトルクの発生を防止し、安全性を確保することができる。つまり、回転角センサ２３の故障時においても、安全にパワーアシストを行うことができ、運転者にとって非常に好ましいものとなる。

次に、第２実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。図３は、第２実施形態の電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット３０の機能を表すもので、第１実施形態のアシスト停止指令部６３に代えて太枠線で示すアシストゲイン変更指令部６４を備えたものである。他の構成については、第１実施形態と同一であるため、図面に同一符号を付して説明は省略する。

このアシストゲイン変更指令部６４は、角速度変換部５６からモータ回転角速度ωｍ情報を入力するとともに、回転角センサ２３の故障が検知されているときに故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌを入力する。
上述したように、推定回転角θｍｂの実際の回転角に対する誤差は、モータ回転角速度ωｍが大きいほど小さく、逆に、モータ回転角速度ωｍが小さいほど大きくなる特性を有する。そこで、この第２実施形態においては、回転角θｍｂの推定誤差が操舵アシストトルクへ大きく影響しないように、モータ回転角速度ωｍが小さいほど操舵アシストトルクを小さくするように補正する補正ゲインＫ１ｘを設定する。

この補正ゲインＫ１ｘは、図１５（Ａ）に示すように、モータ回転角速度ωｍが小さくなるに従って徐々に小さい値に設定される。このモータ回転角速度ωｍに対する補正ゲインＫ１ｘ（≦１）は、アシストゲイン変更指令部６４に参照マップとして記憶されるが、図１５（Ａ）のものに限らず、例えば、図１５（Ｂ）〜（Ｄ）に示す特性のものなど、モータ回転角速度ωｍが小さくなるに従って低減率を大きく（補正ゲインＫ１ｘを小さく）設定するものであれば任意に設定できる。

アシストゲイン変更指令部６４は、センサレスアシスト制御を行っているあいだ、参照マップを参照してモータ回転角速度ωｍに応じた補正ゲインＫ１ｘを算出し、この補正ゲインＫ１ｘ情報をＰＷＭ電圧発生部４７に出力する。ＰＷＭ電圧発生部４７は、２相／３相座標変換部４６から出力された３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶを算出し、さらにこのＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶに補正ゲインＫ１ｘを乗じた電圧信号に補正してインバータ回路４８に出力する。

従って、モータ回転角速度ωｍが小さいほどインバータ回路４８に出力されるＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶが小さな値に補正される。この結果、モータ回転角速度ωｍの低下に従って電動モータ１５の通電量が低減補正され、操舵アシストトルクが小さくなる。つまり、回転角推定値の信頼性が低くなるモータ回転角速度ωｍが小さいときには、その回転角速度の低下に従って操舵アシストトルクを漸減するため、推定値誤差によるアシストトルクへの影響が少なくなり、運転者の操舵違和感を低減することができる。また、パワーアシストが突然停止しないため、操舵感が急変することも抑制できる。

次に、第３実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。図４は、第３実施形態の電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット３０の機能を表すもので、第１実施形態のアシスト停止指令部６３へ入力されるモータ回転角速度ωｍ信号に代えて、操舵ハンドル１１の操舵角θｈ信号を用いるものである。この例では、図１に示す電動パワーステアリング装置のシステム構成において、操舵ハンドル１１の回転角度位置を検出する操舵角センサ２４（図１に破線にて示す）を備えている。他の構成については、第１実施形態と同一であるため、図面に同一符号を付して説明は省略する。

この第３実施形態における電子制御ユニット３０は、操舵速度検出部６５およびアシスト停止指令部６３’を備える。この操舵速度検出部６５は、操舵角センサ２４から操舵角θｈ信号を入力し、この操舵角θｈの時間的変化（微分値）を演算して操舵速度ωｈを算出する。操舵速度検出部６５は、算出した操舵速度ωｈ情報をアシスト停止指令部６３’に出力する。操舵ハンドル１１と電動モータ１５とは転舵機構１０により機械的に連結されているため、操舵速度とモータ回転角速度とは比例関係にある。従って、アシスト停止指令部６３’は、モータ回転角速度ωｍ信号に代えて操舵速度ωｈを入力することで、モータ回転角速度ωｍの低下を判断する。

図１６は、モータ回転角速度ωｍに対する、回転角推定値θｍｂの実際の回転角との誤差、および操舵角センサ２４（外部センサ）により検出される回転角（モータ回転角に換算した値）の実際の回転角との誤差を表す。操舵角センサ２４により検出される回転角の誤差は、モータ回転角速度ωｍに関係なく一定範囲となっている。一方、回転角推定部６２により推定される回転角推定値θｍｂは、モータ回転速度ωｍが大きいほど小さく、逆に、モータ回転角速度ωｍが小さいほど大きくなる特性を有する。

従って、操舵角センサ２４により検出される回転角θｈの誤差が、回転角推定部６２により推定される回転角推定値θｍｂの誤差より小さくなるモータ回転速度ωｍの小さな範囲Ａ１においては、操舵角センサ２４により検出した操舵角θｈを使ってモータ回転角速度ωｍを算出し、逆に、操舵角センサ２４により検出される回転角θｈの誤差が、回転角推定部６２により推定される回転角推定値θｍｂの誤差より大きくなるモータ回転速度ωｍの大きな範囲Ａ２においては、回転角推定部６２により推定した回転角推定値θｍｂを使ってモータ回転角速度ωｍを算出するとよい。

パワーアシストの停止を行うか否かを判断するためのモータ回転角速度ωｍの閾値ωｍ１は、範囲Ａ１に存在する。従って、アシスト停止指令部６３’は、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されている状況においては、操舵速度検出部６５から出力された操舵速度ωｈと予め設定した閾値ωｈ１との大小関係を常に判断し、操舵速度ωｈが閾値ωｈ１を下回ったときに、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１にまで下回ったとみなしてＰＷＭ電圧発生部４７に停止指令信号を出力してパワーアシストを停止させる。一方、操舵速度ωｈが閾値ωｈ１以上あるときには、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１以上あるとみなしてＰＷＭ電圧発生部４７にアシスト許可信号を出力してアシスト制御を継続させる。また、アシスト停止指令部６３’は、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されていない状況においては、第１実施形態と同様に非作動状態となる。従って、アシスト制御が継続される。

この第３実施形態によれば、回転角センサ２３を用いずに外部センサとして操舵角センサ２４の検出信号を使ってモータ回転角速度ωｍの低下を判定するため、その判定精度が良好である。従って、電動パワーステアリング装置の信頼性、安全性がさらに向上する。

尚、操舵速度検出部６５は、操舵角センサ２４に代えて操舵トルクセンサ２１に設けられるレゾルバセンサ２１ａあるいはレゾルバセンサ２１ｂの回転角信号を入力するようにしてもよい。この場合においても、同様の作用効果が得られる。

また、第２実施形態においても、上述した操舵速度検出部６５を設けて、アシストゲイン変更指令部６４へ入力されるモータ回転角速度ωｍ信号に代えて、操舵速度検出部６５にて検出した操舵角速度ωｈを用いても良い。

次に、第４実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。図５は、第４実施形態の電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット３０の機能を表すもので、第１実施形態のアシスト停止指令部６３に代えて太枠線で示す正弦波トルク付加部６６を備えたものである。他の構成については、第１実施形態と同一であるため、図面に同一符号を付して説明は省略する。尚、図中の破線に示す構成は、後述する第１２実施形態に適用する構成であり、この第４実施形態に適用するものではない。

正弦波トルク付加部６６は、故障検知部６１から故障判定信号を入力する。故障検知部６１は、回転角センサ２３の故障を検知すると故障判定信号としてセンサ故障信号ｆａｉｌを出力する。正弦波トルク付加部６６は、このセンサ故障信号ｆａｉｌを入力すると、図１７に示すような、高周波の正弦波トルク指令を演算部３３に出力する。この演算部３３は、先の実施形態においては、基本アシストトルク演算部３１で算出された基本アシストトルクＴａｓと、補償値演算部３２で算出された補償値Ｔｒｔとを加算し、その加算結果を目標指令トルクＴ＊としたが、この第４実施形態においては、更に、正弦波トルク付加部６６から出力された正弦波トルク指令値をも加算して目標指令トルクＴ＊とする。

回転角センサ２３の故障が検出されている場合には、回転角推定部６２により推定された推定回転角θｍｂにより電動モータ１５の回転が制御されるが、このとき、モータ回転角速度ωｍが低下すると推定回転角θｍｂの推定精度が悪くなる。特に、電動パワーステアリング装置においては、電動モータ１５を極めて低速で回転させることが多いため、回転角の推定は難しい。そこで、本実施形態においては、回転角センサ２３の故障が検出されている場合には、その制御態様を変更して正弦波トルクを目標指令トルクに付加することで、モータ回転角速度ωｍが所定値未満に維持されてしまうことを防止し、推定回転角θｍｂの推定精度を向上することができる。以下、操舵アシストトルクに付加する高周波トルクを付加トルクと呼ぶ。

正弦波トルクを操舵アシストトルクに付加した場合、それによる振動が操舵ハンドル１１に伝達される。しかし、この付加トルクの波形を正弦波状にしているため、操舵ハンドル１１の回転角を滑らかに変化させることができ、運転者に対して不快感を与えにくくすることができる。

また、操舵ハンドル１１への振動の伝わりやすさ（伝達関数ゲイン）は、付加トルクの周波数に関係する。図１８は、付加トルクの周波数と、操舵ハンドル１１に伝わる振動の振幅との関係を表す。本実施形態においては、この特性に基づいて、振動の振幅が予め設定した閾値ａよりも小さくなる付加トルクの周波数を設定する。尚、付加トルクの周波数をあまり高くすると電動モータ１５の回転が追従できなくなるため、電動モータ１５の追従可能範囲内にて付加トルクの周波数を設定する。また、高周波トルクを操舵アシストトルクに付加する後述の他の実施形態においても、この周波数の設定は同様に適用できるものである。

従って、この第４実施形態によれば、モータ回転角速度ωｍを大きく保ちつつ、トルク変化や振動を操舵ハンドル１１に伝わらないようにすることができる。この結果、運転者に不快感を与えにくくすることができる。

次に、第５実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。図６は、第５実施形態の電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット３０の機能を表すもので、第４実施形態の構成に、更に、太枠線で示すトルク付加ゲイン乗算部６７を加えたものである。他の構成については、第４実施形態と同一であるため、図面に同一符号を付して説明は省略する。

正弦波トルク付加部６６から出力される高周波の正弦波トルク指令は、トルク付加ゲイン乗算部６７に入力される。トルク付加ゲイン乗算部６７は、操舵トルクセンサ２１から操舵トルクＴｈ情報を入力し、その操舵トルクＴｈに応じて設定されるトルク付加ゲインＫ２ｘを正弦波トルク指令値に乗じる。そして、トルク付加ゲイン乗算部６７は、正弦波トルク指令値にトルク付加ゲインＫ２ｘを乗じた値を演算部３３に出力する。

このトルク付加ゲインＫ２ｘは、図１９（Ａ）に示すように、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１以下の場合に値０に設定され（Ｋ２ｘ＝０）、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１を超える場合に値１に設定される（Ｋ２ｘ＝１）。この操舵トルクＴｈとトルク付加ゲインＫ２ｘとの関係は、トルク付加ゲイン乗算部６７に記憶される。従って、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１以下の場合には、演算部３３に出力される正弦波トルク指令値が「０」となり、正弦波トルクが付加されない。逆に、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１を超える場合には、演算部３３に対して、正弦波トルク付加部６６から出力された正弦波トルク指令値がそのまま出力される。

操舵アシストトルクは、主に基本アシストトルク演算部３１にて操舵トルクＴｈと車速Ｖに応じて算出され、基本アシストマップ（図３５）に示すように、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｈが大きくなるにしたがって操舵アシストトルクおよび操舵アシストトルク勾配（操舵アシストトルク／操舵トルク）が大きくなるように設定される。このように操舵トルクＴｈに応じて操舵アシストトルクが設定されるシステムにおいては、操舵トルクが小さい場合に、運転者にとって正弦波トルクによるトルク変動を感じやすい。そこで、この第５実施形態においては、トルク付加ゲイン乗算部６７を設けて、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１以下の場合には、正弦波トルク指令値を「０」に、つまり、正弦波トルクの付加を停止させるようにして、運転者に与える不快感を低減する。

正弦波トルク付加を停止する判定基準となる操舵トルクＴｈの閾値Ｔｈ１としては、２Ｎｍ±１Ｎｍが好ましい（Ｔｈ１＝２Ｎｍ±１Ｎｍ）。この閾値Ｔｈ１の設定は、基本アシストマップの特性に基づいて行う。

尚、操舵トルクの低下に伴って正弦波トルクの付加を停止する場合、急に停止するのではなく、正弦波トルクの大きさを徐々に小さくしていって停止するようにしてもよい。例えば、図１９（Ｂ）に示すように、操舵トルクＴｈの低下にともなって閾値Ｔｈ２〜Ｔｈ１のあいだでトルク付加ゲインＫ２ｘを一次関数的に低下させるようにしてもよい。また、トルク付加ゲインＫ２ｘを段階的に低下させるようにしてもよい。こうした、操舵トルクＴｈとトルク付加ゲインＫ２ｘとの関係は、マップ等によりトルク付加ゲイン乗算部６７に記憶される。また、後述する第７実施形態のように矩形波トルクを付加するものにおいても、トルク付加ゲイン乗算部６７を設けるようにしてもよい。

次に、第６実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。図７は、第６実施形態の電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット３０の機能を表すもので、第５実施形態の構成に、更に、太枠線で示すアシストマップ変更指令部６８とアシスト停止指令部６３とを加え、基本アシストトルク演算部３１に代えて基本アシストトルク演算部３１’を備えたものである。他の構成については、第５実施形態と同一であるため、図面に同一符号を付して説明は省略する。

基本アシストトルク演算部３１’は、回転角センサ２３にて検出した回転角θｍａに基づいて電動モータ１５の回転を制御するノーマルアシスト制御を行う場合と、推定回転角θｍｂに基づいて行うセンサレスアシスト制御を行う場合とで異なる基本アシストマップを記憶する。図２０（Ａ）は、ノーマルアシスト制御用の基本アシストマップを表し、図２０（Ｂ）は、センサレスアシスト制御用の基本アシストマップを表す。ノーマルアシスト制御用の基本アシストマップは、本発明の正常時関係データに相当するもので、この実施形態においては、以下、ノーマルアシストマップと呼び、センサレスアシスト制御用の基本アシストマップは、本発明の故障時関係データに相当するもので、この実施形態においては、以下、センサレスアシストマップと呼ぶ。この図における各マップでは、特定の車速Ｖにおける操舵トルクＴｈに対する基本アシストトルクＴａｓを示すが、車速Ｖの増加にしたがって基本アシストトルクＴａｓが小さく設定される点は前述の通りである（図３５参照）。また、図２０（Ｂ）における破線の特性は、図２０（Ａ）のノーマルアシストマップ特性を対比用に表したものである。

各アシストマップにおいては、操舵トルクＴｈが所定値に満たない範囲では基本アシストトルクＴａｓが「０」に設定されるが、この基本アシストトルクＴａｓが「０」に設定される操舵トルクＴｈの範囲をアシスト不感帯と呼ぶ。そして、アシスト不感帯の幅は、ノーマルアシストマップ特性に比べてセンサレスアシストマップ特性のほうが広く設定されている。このセンサレスアシストマップにおける不感帯の値Ｔｈ０（操舵トルクＴｈが低下して基本アシストトルクＴａｓが０となるときの操舵トルクＴｈの大きさ）は、次式に示す大きさに設定するとよい。
Ｔｈ０≧Ｔｈ１−０．３Ｎｍ ……（１０）
ここで、Ｔｈ１は、付加トルクの停止を判定する上記所定値Ｔｈ１である。

また、操舵トルクＴｈに対する基本アシストトルクＴａｓの大きさについても、センサレスアシストマップにおいてはノーマルアシストマップと比べて小さく設定される。

電子制御ユニット３０は、この基本アシストトルク演算部３１’にマップ変更指令を出力するアシストマップ変更指令部６８を備える。アシストマップ変更指令部６８は、回転角センサ２３の故障が検知されているときに故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌを入力するように設けられ、このセンサ故障信号ｆａｉｌを入力したときに基本アシストトルク演算部３１’に対してマップ変更指令を出力する。

基本アシストトルク演算部３１’は、アシストマップ変更指令部６８からマップ変更指令が出力されていない場合、つまり、回転角センサ２３の故障が検知されていない場合には、ノーマルアシストマップに基づいて基本アシストトルクＴａｓを演算する。そして、アシストマップ変更指令部６８からマップ変更指令を入力すると、基本アシストトルクＴａｓを演算するためのアシストマップをノーマルアシストマップからセンサレスアシストマップに切り替える。

電子制御ユニット３０は、更に、アシスト停止指令部６３を備える。このアシスト停止指令部６３は、第１実施形態のものと同一である。つまり、アシスト停止指令部６３は、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されていないときには作動しないが、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されている場合には、角速度変換部５６から入力したモータ回転角速度ωｍと閾値ωｍ１とを比較し、角速度変換部５６から入力したモータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１以上であるときアシスト制御を継続させ、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１未満であるときにＰＷＭ電圧発生部４７に停止指令信号を出力してパワーアシストを停止させる。

この第６実施形態において、電子制御ユニット３０は、故障検知部６１により回転角センサ２３の故障が検出されると、そのセンサ故障信号ｆａｉｌに基づいて正弦波トルク付加部６６が高周波の正弦波トルク指令を出力する。トルク付加ゲイン乗算部６７は、この正弦波トルク指令を入力するとともに操舵トルクセンサ２１から操舵トルクＴｈ情報を入力し、その操舵トルクＴｈに応じて設定されるトルク付加ゲインＫ２ｘを正弦波トルク指令値に乗じ、このトルク付加ゲインＫ２ｘを乗じた正弦波トルク指令値を演算部３３に出力する。トルク付加ゲインＫ２ｘは、図１９（Ａ）に示すように、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１以下の場合に値０に設定され、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１を超える場合には値１に設定される。従って、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１以下の場合には、演算部３３に出力される正弦波トルク指令値は「０」となって正弦波トルクが付加されない。また、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１を超える場合には、演算部３３に対して、正弦波トルク付加部６６から出力された正弦波トルク指令値がそのまま出力される。

また、故障検知部６１により回転角センサ２３の故障が検出されているときには、この正弦波トルクの付加制御と並行して、アシスト停止指令部６３およびアシストマップ変更指令部６８が作動する。
アシストマップ変更指令部６８は、上述したように基本アシストトルク演算部３１’に対してマップ変更指令を出力し、基本アシストトルクＴａｓを演算するためのアシストマップをノーマルアシストマップからセンサレスアシストマップに切り替える。

アシスト停止指令部６３は、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１未満であるときにＰＷＭ電圧発生部４７に停止指令信号を出力してパワーアシストを停止させるように作動するが、正弦波トルクが付加されている状態においては、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１以上に維持されてパワーアシストを継続させる。尚、モータ回転角速度ωｍは、正弦波トルク付加時においてもモータ回転方向が切り替わるときに瞬時的に閾値ωｍ１を下回るが、この瞬時的なモータ回転角速度ωｍの低下に対しては、回転角推定精度にあまり影響しないため、アシスト停止指令部６３はパワーアシストを継続させる。

そして、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１以下になると正弦波トルク付加が停止され、パワーアシストの継続が維持されなくなる。つまり、正弦波トルク付加の停止により、モータ回転角速度ωｍを閾値ωｍ１以上に維持できなくなくなり、モータ回転角速度ωｍが閾値ω１を下回ったときにパワーアシストが停止する。

この第６実施形態によれば、故障検知部６１により回転角センサ２３の故障が検出されているときには、正弦波トルクがセンサレスアシストマップにより設定される基本アシストトルクＴａｓに付加されてモータ回転速度ωｍの低下を防止する。この場合、センサレスアシストマップの使用により操舵アシストトルクが全体的に低減されているため、運転者にとって通常よりもハンドル操作が重く感じる。このため、運転者は、異常状態であることを常に安全に認識することができる。

また、操舵トルクＴｈが所定値Ｔｈ１以下に低下すると正弦波トルクの付加を停止する。この正弦波トルクの付加の停止により、モータ回転角速度ωｍを高い値に維持することができなくなる。そして、モータ回転角速度ωｍが閾値ωｍ１を下回るとパワーアシストを停止する。この場合、アシストトルクを演算するためのアシストマップとして、アシスト不感帯の広いセンサレスアシストマップが使用されているため、操舵トルクＴｈの低下に対して早めに基本アシストトルクＴａｓ（目標操舵アシストトルク）が低下する。従って、パワーアシストが停止されるときには、ほぼ基本アシストトルクＴａｓが「０」になっている。この結果、パワーアシストの停止による急激なトルク変動が発生しなく、運転者に不快感を与えない。これは、上記式（１０）に示すようにアシスト不感帯の値Ｔｈ０を設定することで実現される。

尚、上記式（１０）において、Ｔｈ０＝Ｔｈ１−０．３Ｎｍとした場合には、操舵トルクＴｈの低下により付加トルクが停止されるときには、操舵トルクＴｈが０．３Ｎｍだけアシスト不感帯の外になっているため若干のトルク変動が生じるが、このトルク変動は、運転者に不快感を与えない許容できる程度となっている。また、Ｔｈ０≧Ｔｈ１とすれば、必ずパワーアシストが停止されるときには、先に基本アシストトルクＴａｓが「０」になっているため不快なトルク変動は発生しない。

次に、第７実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。図８は、第７実施形態の電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット３０の機能を表すもので、第４実施形態の正弦波トルク付加部６６に代えて太枠線で示す矩形波トルク付加部６９を備えたものである。他の構成については、第４実施形態と同一であるため、図面に同一符号を付して説明は省略する。

矩形波トルク付加部６９には、故障検知部６１から故障判定信号を入力する。故障検知部６１は、回転角センサ２３の故障を検知すると故障判定信号としてセンサ故障信号ｆａｉｌを出力する。矩形波トルク付加部６９は、このセンサ故障信号ｆａｉｌを入力すると、高周波の矩形波トルク指令を演算部３３に出力する。図２１の上段は、このトルク指令値の波形を表す。この矩形波トルク指令により電動モータ１５を駆動したときの電流波形も同様なものとなる。図２０の中段は、この矩形波トルク指令により電動モータ１５を駆動したときのモータ回転角の推移を、図２０の下段は、そのときのモータ回転角速度を表す。

この演算部３３は、第４実施形態と同様に、基本アシストトルク演算部３１で算出された基本アシストトルクＴａｓと、補償値演算部３２で算出された補償値Ｔｒｔと、矩形波トルク付加部６９から出力された矩形波トルク指令値を加算して目標指令トルクＴ＊とする。

回転角センサ２３の故障が検出されている場合には、回転角推定部６２により推定された推定回転角により電動モータ１５の回転が制御されるが、このとき、モータ回転角速度ωｍが低下すると推定回転角θｍｂの推定精度が悪くなる。特に、電動パワーステアリング装置においては、電動モータを極めて低速で回転させることが多いため、回転角の推定は難しい。そこで、第７実施形態においては、矩形波トルクを目標指令トルクに付加することで、モータ回転角速度が所定値未満に維持されてしまうことを防止し、推定回転角の推定精度を向上することができる。

特に、この第７実施形態では、矩形波状の付加トルクを与えるため電動モータ１５の回転方向の切り替わりに要する時間が短くなり、モータ回転角速度の低下する期間を短くすることができる。回転角を推定する場合、瞬時的なモータ回転角速度の低下はあまり問題ない。従って、実質的なモータ回転角速度の安定化を図ることができる。この結果、回転角推定部６２による推定値の精度がさらに向上する。また、操舵ハンドル１１に周期的な振動が発生するため、運転者に対して異常状態が継続していることを認識させやすい。

尚、矩形波トルク付加部６９により付加される高周波トルクは、正方形や長方形の一部を描くような波形に限らず、例えば、図２１に示すような略台形波形状にしてもよい。

次に、第８実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。図９は、第８実施形態の電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット３０の機能を表すもので、第７実施形態の構成に、更に、太枠線で示すトルク付加ゲイン乗算部７０を加えたものである。他の構成については、第７実施形態と同一であるため、図面に同一符号を付して説明は省略する。

矩形波トルク付加部６９から出力される高周波の矩形波トルク指令は、トルク付加ゲイン乗算部７０に入力される。トルク付加ゲイン乗算部７０は、基本アシストトルク演算部３１から基本アシストトルクＴａｓ情報を入力し、その基本アシストトルクＴａｓに応じて設定されるトルク付加ゲインＫ３ｘを矩形波トルク指令値に乗じる。そして、トルク付加ゲイン乗算部７０は、矩形波トルク指令値にトルク付加ゲインＫ３ｘを乗じた値を演算部３３に出力する。

このトルク付加ゲインＫ３ｘは、基本アシストトルクＴａｓの減少に従って小さな値に設定される。つまり、トルク付加ゲインＫ３ｘは、基本アシストトルクＴａｓが小さくなるほど矩形波トルクの振幅を小さくするように働く。図２３は、基本アシストトルクＴａｓに対するトルク付加ゲインＫ３ｘの関係を、４つの例（（Ａ）〜（Ｄ））にて表したものである。この基本アシストトルクＴａｓに対するトルク付加ゲインＫ３ｘの関係は、ゲインマップとしてトルク付加ゲイン乗算部７０に記憶される。

電動パワーステアリング装置においては、操舵アシストトルクによりステアリングシステムの剛性が変化する。つまり、操舵ハンドル１１から転舵輪ＦＷ１，ＦＷ２までのあいだの転舵機構１０内には、バネ体（例えば、トーションバー）が含まれるが、操舵アシストトルクに応じてバネ捩れ状態の度合いが変化してステアリングシステムの剛性が変化する。例えば、操舵アシストトルクが小さく働いている状態においてはシステム剛性が低く、操舵アシストトルクが大きく働いている状態においてはシステム剛性が高くなる。従って、電動モータ１５に対して一定の大きさの付加トルクを設定した場合には、システム剛性の大きさによって、モータ回転角速度ωｍを所定値以上に維持するのに必要な加振幅が得られない。

そこで、この第８実施形態では、基本アシストトルク演算部３１にて演算される基本アシストトルクＴａｓ（目標操舵アシストトルクに相当する）の増加に伴って矩形波トルクの振幅を増大することにより、常に、必要な加振幅が得られ、結果として、モータ回転角速度ωｍを常に所定値以上に保持することができる。従って、回転角推定部６２による回転角推定値θｍｂの精度を向上することができる。この結果、信頼性、安全性を向上することができる。

尚、基本アシストトルクＴａｓとトルク付加ゲインＫ３ｘとを関係付けるゲインマップは、操舵アシストトルクと付加トルクとの適合性や、システムモデルから算出すると良い。また、矩形波トルク付加部６９に代えて正弦波トルク付加部６６を用いて正弦波トルクを操舵アシストトルクに付加する構成であってもよい。

次に、第９実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。図１０は、第９実施形態の電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット３０の機能を表すもので、第４実施形態の正弦波トルク付加部６６に代えて太枠線で示す付加トルク波形算出部７１とトルク付加部７２を備えたものである。他の構成については、第４実施形態と同一であるため、図面に同一符号を付して説明は省略する。

付加トルク波形算出部７１およびトルク付加部７２は、故障検知部６１から回転角センサ２３の故障判定信号を入力し、回転角センサ２３の故障によりセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されているときにアクティブとなり、センサ故障信号ｆａｉｌが入力されていないときに非アクティブとなる。

付加トルク波形算出部７１は、操舵角センサ２４により検出される操舵角θｈ情報と、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｈ情報と、車速センサ２２により検出される車速Ｖ情報とを入力する。そして、この３つの情報（θｈ，Ｔｈ，Ｖ）に基づいて付加トルクの波形を算出する。つまり、上述した第４〜第８実施形態においては、予め波形の設定された高周波トルク（正弦波トルク、矩形波トルク）を基本アシストトルクＴａｓに付加してモータ回転角速度ωｍを高く維持するようにしたが、この第９実施形態においては、走行中の操舵情報（θｈ，Ｔｈ）および車速情報Ｖに基づいて付加トルクの波形を算出する。

回転角の推定精度を上げるためには、モータ回転角速度ωｍを所定値以上に保持する必要がある。そこで、図２４（Ａ）に示すように、モータ回転角速度の目標値を矩形波状に設定する。この場合、モータ回転方向の切り替わりに要する時間が最小となり、モータ回転角速度を所定値以上に保持することができる。

付加トルク波形算出部７１は、この矩形波状のモータ回転角速度を得るための付加トルク波形を算出する。この付加トルク波形の算出に当たっては、ステアリングシステムモデルを考慮する。ステアリングシステムモデルは、システム剛性、システム慣性、システム質量、操舵アシストトルクなどから決定される。このうち、システム剛性や操舵アシストトルクは、操舵角θｈや操舵トルクＴｈといった操舵状態量、および車速Ｖなどのパラメータによって決定される。

そこで、この第９実施形態においては、このパラメータからステアリングシステムモデルを求め、そのシステムモデルに応じた付加トルクの目標波形を算出する。例えば、システム剛性の高低に応じて、モータ回転角速度ωｍを所定値以上に維持するために必要な付加トルクの振幅が異なる。そこで、付加トルク波形算出部７１は、システム剛性が高いほど付加トルクの振幅を大きくする。また、システム慣性や質量に応じて、電動モータ１５の回転の応答性が変化する。そこで、付加トルク波形算出部７１は、付加トルクの立ち上げ勾配、立ち下げ勾配等を変更する。

従って、付加トルク波形算出部７１は、操舵角θｈ、操舵トルクＴｈ、車速Ｖによって決定されるステアリングシステムモデルにとって最適な付加トルク波形を算出する。この場合、付加トルク波形算出部７１は、３つのパラメータ（θｈ，Ｔｈ，Ｖ）によって付加トルク波形を算出する波形マップ（図示略）を記憶し、この波形マップを参照して求めるようにする。あるいは、関数を使って算出するようにしてもよい。例えば、図２４（Ａ）に示すモータ回転角速度の波形を得ようとした場合、３つのパラメータ（θｈ，Ｔｈ，Ｖ）に基づいて図２４（Ｂ）に示すトルク波形が計算される。

付加トルク波形算出部７１にて算出されたトルク波形信号は、トルク付加部７２に出力される。トルク付加部７２は、付加トルク波形算出部７１から出力されたトルク波形信号に基づいて、高周波のトルク指令を演算部３３に出力する。演算部３３は、基本アシストトルク演算部３１で算出された基本アシストトルクＴａｓと、補償値演算部３２で算出された補償値Ｔｒｔと、トルク付加部７２から出力されたトルク指令値を加算して目標指令トルクＴ＊とする。

この第９実施形態によれば、所望のモータ回転速度特性が得られるような付加トルク波形を付加トルク波形算出部７１によりステアリングシステムモデルに基づいて算出するため、最適なトルクを付加することができる。尚、この例では、目標モータ回転角速度を矩形波状にしているが、運転者への振動の伝達抑制を重視する場合には、モータ回転角速度の波形を正弦波状にするとよい。

次に、第１０実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。
この第１０実施形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングギヤ比可変装置を使って、付加トルクの振動が操舵ハンドル１１に伝達されないようにするもので、先の第４〜第９実施形態においてステアリングギヤ比可変装置を追加して適用できるものである。ここでは、第４実施形態にステアリングギヤ比可変装置を追加した例にて説明する。

この第１０実施形態の電動パワーステアリング装置は、図２５に示すように、ステアリングシャフト１２が上シャフト１２ａと下シャフト１２ｂとに２分割され、上シャフト１２ａの上端に操舵ハンドル１１が固定され、下シャフト１２ｂの下端部にピニオンギヤ１３がラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４に組みつけられる構成については、図１に示す先の実施形態と同様であるので図面に同一符号を付して説明を省略する。下シャフト１２ｂには、先の実施形態と同じ操舵トルクセンサ２１を備える。

上シャフト１２ａと下シャフト１２ｂとの間には、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角に対する操舵ハンドル１１の回転角の比であるステアリングギヤ比を変更するための、言い換えれば下シャフト１２ｂに対する上シャフト１２ａの回転角の比を可変とするためのステアリングギヤ比可変装置１００が介装されている。ステアリングギヤ比可変装置１００は、上シャフト１２ａの下端部に一体回転するように接続された円筒状のケーシング１０１を備えている。このケーシング１０１内には、ステアリングギヤ比可変アクチュエータを構成する電動モータ１０２が固定されている。電動モータ１０２の出力軸１０２ａは、ケーシング１０１に回転可能に支持されていて、下端にて下シャフト１２ｂに一体回転可能に接続されている。

また、電動モータ１０２は減速機構１０３を備え、電動モータ１０２の回転は減速されてその出力軸１０２ａに出力される。上シャフト１２ａおよび下シャフト１２ｂには、それぞれシャフトの回転角を検出する回転角センサ１０４ａ，１０４ｂを備える。この回転角センサ１０４ａ，１０４ｂは、例えば、レゾルバセンサにより構成される。回転角センサ１０４ａ，１０４ｂは、上シャフト１２ａおよび下シャフト１２ｂの回転角位置に応じた回転角信号を出力する。従って、この２つの回転角位置の差を算出することにより上シャフト１２ａと下シャフト１２ｂとの回転角度差θｄ（以下、差動角θｄと呼ぶ）を検出することができる。
以下、この明細書においては、２つの回転角センサ１０４ａ，１０４ｂをあわせて回転角センサ１０４と呼び、この回転角センサ１０４から差動角θｄを表す信号を出力するものとして説明する。

第１０実施形態における電子制御ユニット３０の機能構成について、図１１を用いて説明する。この実施形態の電子制御ユニット３０は、第４実施形態のものに、さらに、本発明のギヤ比制御手段に相当する差動角制御部７３およびモータ駆動回路７４を設けたものである。

電子制御ユニット３０は、第４実施形態と同様に、正弦波トルク付加部６６を備え、故障検知部６１からセンサ故障信号ｆａｉｌを入力すると、この正弦波トルク付加部６６から演算部３３に正弦波トルク指令を出力して、電動モータ１５の目標指令トルクに正弦波トルクを付加する。これにより、モータ回転角速度ωｍが所定値未満に維持されてしまうことを防止する。この場合、モータ回転角速度ωｍを所定値以上に維持しようとすると、付加トルクの振幅大きくなり、付加トルクによる振動が操舵ハンドル１１に伝達され運転者に不快感を与えるおそれがある。そこで、この第１０実施形態では、差動角制御部７３およびモータ駆動回路７４によりステアリングギヤ比可変装置１００の作動を制御して振動伝達を防止する。

差動角制御部７３は、正弦波トルク付加部６６からの高周波の正弦波トルク指令を入力し、後述する差動角制御によりモータ駆動回路７４に制御指令を出力してステアリングギヤ比可変装置１００の電動モータ１０２を駆動する。
図２６は、差動角制御部７３が実行する差動角制御ルーチンを表すフローチャートである。この差動角制御ルーチンは、制御プログラムとして差動角制御部７３の記憶回路内に記憶され、繰り返し実行される。

差動角制御部７３は、センサ故障信号ｆａｉｌを入力すると、本制御ルーチンを開始し、まず、ステップＳ１１において、正弦波トルク付加部６６から出力される正弦波トルク指令を入力する（Ｓ１１）。図２７の上段の波形は、この正弦波トルクの波形を表す。その下段の波形が、この正弦波トルク指令により電動モータ１５を駆動したときのモータ回転角を表す。続いて、差動角制御部７３は、ステップＳ１２において、この正弦波トルク指令に同期させて目標差動角θｄ＊を設定する。目標差動角θｄ＊は、図２７に示すように、操舵アシストトルクに付加される正弦波トルク成分をステアリングギヤ比可変装置１００で打ち消すように、正弦波トルク指令に対して所定の位相差を設けて設定される。

続いて、差動角制御部７３は、ステップＳ１３において、回転角センサ１０４により検出される現時点の実際の差動角θｄ情報を入力する。次に、ステップＳ１４において、目標差動角θｄ＊と実差動角θｄとの偏差Δθｄ（＝θｄ＊−θｄ）を算出する。そして、ステップＳ１５において、この偏差Δθｄに基づいてモータ制御指令をモータ駆動回路７４に出力する。つまり、偏差Δθｄが零になるように設定される制御量でモータ制御指令を出力する。モータ駆動回路７４は、インバータ回路等により構成され、差動角制御部７３からのモータ制御指令にしたがってステアリングギヤ比可変装置１００の電動モータ１０２に通電する。

本制御ルーチンは所定の短い周期で繰り返し実施され、操舵アシストトルクに付加された正弦波トルク成分を打ち消すようにステアリングギヤ比可変装置１００が動作する。この結果、図２７の下段波形に示すように、正弦波トルクにより操舵ハンドル１１に伝達される振動を許容範囲内に抑えることができ、運転者に不快感を与えない。つまり、所定のモータ回転角速度の確保による回転角推定精度の向上と、操舵ハンドル１１への振動伝達抑制とを両立することができる。尚、ステアリングギヤ比可変装置１００を用いて付加トルクの振動を低減する場合、付加トルクの周波数（差動角の周波数も同じ周波数となる）は、車両の横共振周波数、縦共振周波数、タイヤ周りの共振周波数より十分に高い周波数に設定する。

次に、第１１実施形態の電動パワーステアリング装置について、図２８〜図３０を用いて説明する。
この第１１実施形態の電動パワーステアリング装置は、電動モータ１５の出力軸と転舵機構１０との連結部に剛性が変化する可変剛性部を設け、電動モータ１５の出力トルクに応じて可変剛性部の剛性を変化させるもので、操舵アシストトルクに高周波のトルクを付加する先の第４〜第９実施形態において適用できるものである。この説明に当たって、図１に示した構成と同一機能を有する構成については同一符号を付して簡単な説明にとどめる。

この第１１実施形態の電動パワーステアリング装置は、操舵アシストトルクをステアリングシャフトに働かせるタイプの電動パワーステアリング装置である。この第１１実施形態の電動パワーステアリング装置における転舵機構１０’は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームを介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。

ステアリングシャフト１２には、その途中に、ステアリングシャフトと一体的に回転する減速ギヤ１７が設けられる。この減速ギヤ１７の入力軸１７ａは、操舵アシスト用の電動モータ１５の出力軸１５ａと連結装置１８により連結される。従って、電動モータ１５にて発生するトルクは、連結装置１８を介して減速ギヤ１７に入力され、ステアリングシャフト１２に対して操舵アシストトルクを付与する。
尚、この実施形態においては、転舵機構１０’は、操舵ハンドル１１、ステアリングシャフト１２、減速ギヤ１７、ラックアンドピニオン機構、タイロッド、ナックルアーム等により構成される。

連結装置１８は、図２９に示すように、電動モータ１５の出力軸１５ａの先端と、減速ギヤ１７の入力軸１７ａの先端とをかみ合わせた状態で覆う円筒状の連結ケーシング１８ａを備える。電動モータ１５の出力軸１５ａ（以下、モータ軸１５ａと呼ぶ）は円柱状に形成され、その先端には、断面Ｕ字状に軸方向に切り欠かれた溝１５ｂが形成される。この溝１５ｂの両側を形成し向かい合う突片１５ｃ、１５ｄは、減速ギヤ１７の入力軸１７ａ（以下、減速ギヤ軸１７ａと呼ぶ）に回転力を伝達する部位となり四角柱状に形成される。以下、この向かい合う突片１５ｃ，１５ｄを、連結出力片１５ｃ，１５ｄと呼ぶ。

減速ギヤ軸１７ａは円柱状に形成され、その先端は、向かい合う側面が軸方向に平坦に削られることによって中央に四角柱状体１７ｂが形成される。以下、この四角柱状体１７ｂを連結入力片１７ｂと呼ぶ。この連結入力片１７ｂは、モータ軸１５ａの溝１５ｂ内に、溝１５ｂの両側の連結出力片１５ｃ、１５ｄから所定の隙間をあけた状態で挿入される。この状態で、モータ軸１５ａの先端と減速ギヤ軸１７ａの先端とが連結ケーシング１８ａにより覆われる。この連結ケーシング１８ａ内には、弾性部材１９（エラストマ）が充填される。従って、モータ軸１５ａと減速ギヤ軸１７ａとは、非接触状態で弾性部材１９を介して連結されることになる。

図３０は、図２９においてＡ−Ａ線に沿って切断した断面図を表し、（Ａ）は、非作動状態、つまり、電動モータ１５が回転トルクを発生していないときの連結状態を表す。この場合、向かいあう連結出力片１５ｃ，１５ｄの中間位置に、連結入力片１７ｂが連結出力片１５ｃ，１５ｄの向かい合う面と平行に配置される。また、連結出力片１５ｃ，１５ｄと連結入力片１７ｂとの間に弾性部材１９が介装される。この状態から電動モータ１５に回転トルクを発生させると、その回転トルクが小さい場合には、図３０（Ｂ）に示すように、モータ軸１５ａが回転しても、弾性部材１９が変形して、その回転トルクが減速ギヤ軸１７ａに伝わりにくい。つまり、弾性部材１９の変形により、モータ軸１５ａの回転角度に対して減速ギヤ軸１７ａの回転角度が少ない。そして、電動モータ１５の回転トルクが増大すると、弾性部材１９のそれ以上の変形が抑えられ、弾性部材１９が変形した状態で連結出力片１５ｃ、１５ｄの回転トルクが連結入力片１７ｂに伝達され減速ギヤ軸１７ａが回転する。

このため、この連結装置１８は、図３１に示すように、電動モータ１５の出力トルクが小さい低トルク域においては、トルク増大に対して差動角（モータ軸１５ａと減速ギヤ軸１７ａとの回転角度差）の増大率が大きい。つまり、低剛性特性を有する。また、電動モータ１５の出力トルクが大きい高トルク域においては、トルク増大に対して差動角の増大率が小さい。つまり、高剛性特性を有する。このように、電動モータ１５の出力トルクに応じて連結装置１８の剛性特性が変化し、低トルク域においては高トルク域に比べて低剛性に変化する。尚、低剛性特性を有する範囲は、モータ回転角において左右方向それぞれ５ｄｅｇ〜２５ｄｅｇ以下の角度が好ましい。

先の第４〜第９実施形態においては、回転角センサ２３の故障が検出されているときには、高周波のトルク（正弦波トルクや矩形波トルク）を操舵アシストトルクに付加することで、モータ回転角速度ωｍを所定値以上にして維持して回転角推定精度を確保するが、この付加トルクが操舵ハンドル１１に振動として伝わって運転者への不快感を招くおそれがある。そこで、この第１１実施形態においては、モータ軸１５ａと減速ギヤ軸１７ａとの連結部に、低トルク域では高トルク域よりも低剛性となる可変剛性特性を有する連結装置１８を設けることにより、付加トルクによる振動が操舵ハンドル１１に伝達されにくくしている。

一般に、運転者にとってハンドル操作力（操舵トルク）が小さい場合にはトルク変動を感じやすい。この場合には、電動モータ１５の操舵アシストトルクも小さい。このとき、電動モータ１５と転舵機構１０’との連結部に設けられる連結装置１８が低剛性となっているため、電動モータ１５が高周波トルクを発生したとき、その回転動作が邪魔されることなく所定の振幅の振動が得られて大きなモータ回転角速度ωｍが確保される。しかも、その振動は連結装置１８の弾性部材１９にて吸収されるため操舵ハンドル１１に伝達されにくい。

一方、操舵ハンドル１１が強く回動操作された場合には、電動モータ１５が大きな操舵アシストトルクを発生する。この場合には、連結装置１８の剛性が高くなるため、電動モータ１５の回転トルクが転舵機構１０’に確実に伝達され適正な操舵アシストトルクを発生させることができる。また、ハンドル操作力が大きい場合には、運転者にとって付加トルクによるトルク変動を感じにくいため、運転者に不快感を与えにくい。

次に、第１２実施形態の電動パワーステアリング装置について、図３２〜図３４を用いて説明する。
この第１２実施形態の電動パワーステアリング装置は、第１１実施形態とは、電動モータと減速ギヤとの連結部の構成が異なるもので、操舵アシストトルクに高周波のトルクを付加する先の第４〜第９実施形態において適用できるものである。この説明に当たって、第１１実施形態とは相違する特徴部分についてのみ説明する。

この第１２実施形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフト１２に設けられる減速ギヤとしてウォームギヤ１１０が用いられる。図３２は、この減速ギヤ部の構造を簡単に表すもので、ステアリングシャフト１２の軸方向から視た概略図である。ウォームギヤ１１０は、ステアリングシャフト１２に固着されるウォームホイール１１１と、ウォームホイール１１１と噛み合う円筒ウォーム１１２とからなる。円筒ウォーム１１２は、その軸方向両端に回転軸であるウォーム軸１１２ａ，１１２ｂが突出して形成される。一方のウォーム軸１１２ａは、電動モータ１５の出力軸１５ａと連結されるとともに第１支持ベアリング１１３により回転可能に支持される。他方のウォーム軸１１２ｂは、第２支持ベアリング１１４により回転可能に支持される。

この第２支持ベアリング１１４は、押し込みアクチュエータ１１５により連結される。この押し込みアクチュエータ１１５は、電子制御ユニット３０から通電されることにより作動して第２支持ベアリング１１４を前方（図面の矢印ａ方向）に押す。これにより、円筒ウォーム１１２の歯列１１２ｃは、図３３（Ａ）に示すように、ウォームホイール１１１の歯列１１１ａに所定の荷重にて押し込まれる。以下、このギヤの噛み合い位置を第１噛合位置と呼ぶ。
この押し込みアクチュエータ１１５としては、例えば、ソレノイドやピエゾ素子等が使用され、電子制御ユニット３０からの通電により押し込み荷重を調整する。また、ウォームホイール１１１の歯列１１１ａは、樹脂により形成されている。

また、押し込みアクチュエータ１１５は、電子制御ユニット３０からの通電が断たれているとき、第２支持ベアリング１１４の押し込み力を解除する。この場合、第２支持ベアリングは、図示しないバネ等により所定位置にまで引き戻される（図面の矢印ｂ方向）。これにより、円筒ウォーム１１２の歯列１１２ｃとウォームホイール１１１の歯列１１１ａとの間には、図３３（Ｂ）に示すように、所定のクリアランスＣが形成される。以下、このギヤの噛み合い位置を第２噛合位置と呼ぶ。

例えば、第４〜第９実施形態においては、回転角センサ２３の故障が検出されたとき、高周波のトルクを操舵アシストトルクに付加することでモータ回転角速度ωｍを所定値以上に維持して回転角推定精度を確保するが、この付加トルクが操舵ハンドル１１に振動として伝わって運転者への不快感を招くおそれがある。そこで、この第１２実施形態においては、回転角センサ２３の故障が検知されたとき、押し込みアクチュエータ１１５を作動させてウォームギヤ１１０の噛合状態を、第１噛合位置から第２噛合位置に変化させる。これにより、電動モータ１５とステアリングシャフト１２との間の剛性が変化する。

図３４は、ウォームギヤ１１０の剛性特性を表し、（Ａ）は第１噛合位置における剛性特性を、（Ｂ）は第２噛合位置における剛性特性を表す。第２噛合位置においては、円筒ウォーム１１２の歯列１１２ｃとウォームホイール１１１の歯列１１１ａとの間にクリアランスＣが形成されるため、電動モータ１５の回転初期においては円筒ウォーム１１２の回転に対してウォームホイール１１１の回転角が少ない。しかも、ウォームホイール１１１の歯列１１１ａが樹脂により形成されているため、その樹脂変形分も回転角差に現れる。

このため、図３４（Ｂ）に示すように、電動モータ１５の出力トルクの低い低トルク域においては、トルク増大に対して差動角（円筒ウォーム１１２とウォームホイール１１１との回転角度差）の増大率が大きい。つまり、低剛性特性を有する。また、電動モータ１５の出力トルクの高い高トルク域においては、トルク増大に対して差動角の増大率が小さい。つまり、高剛性特性を有する。このように、ウォームギヤ１１０が第２噛合位置に設定されているときには、電動モータ１５の出力トルクに応じてウォームギヤ１１０の剛性特性が変化し、低トルク域においては高トルク域に比べて低剛性に変化する。

一方、ウォームギヤ１１０が第１噛合位置に設定されているときには、図３４（Ａ）に示すように、一定の高剛性特性を有する。この剛性の大きさは、第２噛合位置における高トルク域での剛性と同程度に設定される。

この押し込みアクチュエータ１１５は、電子制御ユニット３０により駆動制御される。例えば、図５の破線にて示すように、電子制御ユニット３０は、アクチュエータ駆動回路１１６を備える。この例は、第４実施形態において、剛性特性切替機構を設けたケースを示すが、高周波トルクを操舵アシストトルクに付加する構成の他の実施形態においても適用することができる。アクチュエータ駆動回路１１６は、故障検知部６１から回転角センサ２３の故障判定信号を入力し、回転角センサ２３の故障によりセンサ故障信号ｆａｉｌが入力されていないとき、押し込みアクチュエータ１１５に対して電源出力してウォームギヤ１１０を第１噛合位置に設定し、センサ故障信号ｆａｉｌが入力されているとき、押し込みアクチュエータ１１５への電源出力を遮断してウォームギヤ１１０を第２噛合位置に設定する。

この第１２実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、回転角センサ２３の故障が検出されて高周波トルクを操舵アシストトルクに付加する場合、ウォームギヤ１１０の噛合位置を第２噛合位置に切り替えることで、第１１実施形態と同様の作用効果が得られる。つまり、ハンドル操作力が小さいケースでは、ウォームギヤ１１０が低剛性になっているため、モータ回転角速度ωｍを所定値以上に確保して回転角推定精度の低下を防止するとともに、付加トルクによる振動の操舵ハンドル１１への伝達を抑制して、運転者に不快感を与えないようにすることができる。また、操舵ハンドル１１が強く回動操作された場合には、電動モータ１５が大きな操舵アシストトルクを発生し、ウォームギヤ１１０の剛性が高くなるため、電動モータ１５の回転トルクがステアリングシャフト１２に確実に伝達され適正な操舵アシストトルクを発生させることができる。また、ハンドル操作力が大きい場合には、運転者にとって付加トルクによるトルク変動を感じにくいため、運転者に不快感を与えにくい。

以上、本実施形態の電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、第１１，１２実施形態においては、操舵アシストトルクをステアリングシャフトに働かせるコラム式電動パワーステアリング装置の例を示したが、ラックに操舵アシストトルクを働かせるラック式電動パワーステアリング装置に適用することもできる。
また、ノーマルアシスト制御とセンサレスアシスト制御とでアシストマップを切り替えるアシストマップ変更指令部６８は、第６実施形態に限らず他の実施形態にも適用することできる。

尚、本発明におけるモータ制御手段は、モータ回転角情報に基づいて電動モータの回転を制御するもので、本実施形態においては、電子制御ユニット３０の２相／３相座標変換部４６、ＰＷＭ電圧発生部４７、インバータ回路４８、電流センサ５１，５２、３相／２相座標変換部５３、回転角変換部５５、角速度変換部５６、演算部４４，４５，５４、非干渉補正値演算部４３等から構成されるが、こうした構成に限るものではない。

また、本発明のアシスト制御手段は、目標操舵アシストトルクを演算し、その演算されたアシストトルクに基づいて電動モータに通電指令をするもので、本実施形態においては、電子制御ユニット３０の基本アシストトルク演算部３１、補償値演算部３２、演算部３３、ｑ軸目標電流演算部３４、弱め界磁制御パラメータ演算部３５、ｄ軸目標電流演算部３６、ｑ軸目標電流補正演算部３７、演算部３８，３９、比例積分制御部４１，４２、および、各実施形態ごとに設けた追加機能部（アシスト停止指令部６３、アシストゲイン変更指令部６４、操舵速度検出部６５、正弦波トルク付加部６６、トルク付加ゲイン乗算部６７、アシストマップ変更指令部６８、矩形波トルク付加部６９、トルク付加ゲイン乗算部７０、付加トルク波形算出部７１、トルク付加部７２、差動角制御部７３）から構成されるが、こうした構成に限るものではない。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。 第１実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第４実施形態および第１２実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第５実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第６実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第７実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第８実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第９実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第１０実施形態に係る電子制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係り、操舵状態に応じたパワーアシストの作動／停止タイミングを表す説明図である。 第１実施形態に係り、モータ回転角速度に応じた回転角推定値誤差とパワーアシストの作動範囲を表す説明図である。 第１実施形態に係り、モータ回転角速度と逆起電圧振幅との関係を表すグラフである。 第２実施形態に係り、モータ回転角速度と補正ゲインＫ１ｘとの関係を表すグラフである。 第３実施形態に係り、モータ回転角速度と回転角誤差との関係を表すグラフである。 第４実施形態に係り、正弦波トルクを表すグラフである。 第４実施形態に係り、正弦波トルクの周波数と操舵ハンドルに伝わる振動の振幅との関係を表すグラフである。 第５実施形態に係り、操舵トルクとトルク付加ゲインＫ２ｘとの関係を表すグラフである。 第６実施形態に係り、アシストマップを表すグラフである。 第７実施形態に係り、矩形波トルク、モータ回転角、モータ回転角速度を表すグラフである。 第７実施形態に係り、台形波トルクを表すグラフである。 第８実施形態に係り、アシストトルクとトルク付加ゲインＫ３ｘとの関係を表すグラフである。 第９実施形態に係り、目標回転角速度とモータトルクを表すグラフである。 第１０実施形態に係る電動パワーステアリング装置の操舵機構の概略構成図である。 第１０実施形態に係り、差動角制御ルーチンを表すフローチャートである。 第１０実施形態に係り、付加トルク、モータ回転角、目標差動角、ハンドルトルクを表すグラフである。 第１１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の操舵機構の概略構成図である。 第１１実施形態に係り、連結装置の軸方向断面図である。 第１１実施形態に係り、図２９におけるＡ−Ａ断面図である。 第１１実施形態に係り、剛性特性を表すグラフである。 第１２実施形態に係り、減速機構部の概略構成図である。 第１２実施形態に係り、ウォームギヤの噛合状態を表す説明図である。 第１２実施形態に係り、剛性特性を表すグラフである。 共通の実施形態に係り、アシストマップを表すグラフである。 共通の実施形態に係り、モータ回転速度と第１パラメータとの関係を表すグラフである。 共通の実施形態に係り、ｑ軸指令電圧と第２パラメータとの関係を表すグラフである。 共通の実施形態に係り、ｑ軸実電流と第３パラメータとの関係を表すグラフである。 共通の実施形態に係り、ｄ軸目標電流と補正係数αとの関係を表すグラフである。

符号の説明

１０，１０’…操舵機構、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１５…電動モータ、１７…減速ギヤ、１８…連結装置、１９…弾性部材、２１…操舵トルクセンサ、２２…車速センサ、２３…回転角センサ、２４…操舵角センサ、３０…電子制御ユニット、３１、３１’…基本アシストトルク演算部、６０…回転角選択部、６１…故障検知部、６２…回転角推定部、６３，６３’…アシスト停止指令部、６４…アシストゲイン変更指令部、６５…操舵速度検出部、６６…正弦波トルク付加部、６７…トルク付加ゲイン乗算部、６８…アシストマップ変更指令部、６９…矩形波トルク付加部、７０…トルク付加ゲイン乗算部、７１…付加トルク波形算出部、７２…トルク付加部、７３…差動角制御部、７４…モータ駆動回路、１００…ステアリングギヤ比可変装置、１１０…ウォームギヤ、１１１…ウォームホイール、１１２…円筒ウォーム、１１５…押し込みアクチュエータ、１１６…アクチュエータ駆動回路、ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪（転舵輪）。

Claims (13)

1. 操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構と、
   上記転舵機構に設けられ、上記操舵ハンドルの操舵操作に対して操舵アシストトルクを発生する突極型永久磁石モータからなる電動モータと、
   上記電動モータの回転角情報を取得する回転角取得手段と、
   上記回転角取得手段により取得された回転角情報に基づいて、上記電動モータの回転を制御するモータ制御手段と、
   上記操舵ハンドルの操舵操作に応じた目標操舵アシストトルクを演算し、上記演算された目標操舵アシストトルクに基づいて、上記モータ制御手段に対して上記電動モータの通電指令を出力して操舵アシストトルクを発生させるアシスト制御手段と
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   上記電動モータの作動とともに回転して電動モータの回転角を検出する回転角センサと、
   上記電動モータの突極性を利用して上記電動モータの回転角を推定する回転角推定手段と、
   上記回転角センサの故障を検出するセンサ故障検出手段とを備え、
   上記回転角取得手段は、上記回転角センサの故障が検出されていない場合には上記回転角センサから上記回転角情報を取得し、上記回転角センサの故障が検出されたときには上記回転角推定手段から回転角情報を取得するように切り替え、
   上記アシスト制御手段は、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合には、上記電動モータの回転角速度を大きく保つために上記電動モータにて発生させる操舵アシストトルクに脈動的なトルクを付加する脈動トルク付加手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記脈動的なトルクは、正弦波状トルクであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 上記脈動的なトルクは、矩形波状トルクあるいは台形波状トルクであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
4. 上記脈動的なトルクの周波数は、上記電動モータと上記操舵ハンドルとの間の伝達関数ゲインが所定値以下となる値に設定されることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
5. 上記アシスト制御手段は、上記操舵ハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサから操舵トルク情報を取得して、上記操舵トルクが大きいほど上記目標操舵アシストトルクを大きく設定する目標アシストトルク設定手段を備え、
   上記脈動トルク付加手段は、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合であって、上記トルクセンサにより検出される操舵トルクが所定値以下にまで低下したときには、上記脈動的なトルクの付加を停止することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
6. 上記アシスト制御手段は、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合であって、上記脈動的なトルクの付加を停止した状態においては、上記電動モータの回転角速度が所定値未満にまで低下していると判断したときに、上記操舵アシストトルクの発生を停止することを特徴とする請求項５記載の電動パワーステアリング装置。
7. 上記目標アシストトルク設定手段は、上記検出した操舵トルクに基づいて上記目標操舵アシストトルクを設定する関係データとして、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合に用いる故障時関係データと、上記故障が検出されていない場合に用いる正常時関係データとを別々に記憶し、上記故障時関係データは上記正常時関係データに比べて、目標操舵アシストトルクが零に設定されるアシスト不感帯域が広いことを特徴とする請求項６記載の電動パワーステアリング装置。
8. 上記目標アシストトルク設定手段は、上記検出した操舵トルクに基づいて上記目標操舵アシストトルクを設定する関係データとして、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合に用いる故障時関係データと、上記故障が検出されていない場合に用いる正常時関係データとを別々に記憶し、上記故障時関係データは上記正常時関係データに比べて、目標操舵アシストトルクが小さいことを特徴とする請求項５ないし請求項７の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
9. 上記脈動トルク付加手段は、上記目標操舵アシストトルクの減少に従って上記脈動トルクの振幅を減少させ、上記目標操舵アシストトルクの増加に従って上記脈動トルクの振幅を増大させることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
10. 操舵ハンドルの操舵状態を検出する操舵センサを備えるとともに、
    上記アシスト制御手段は、少なくとも上記操舵センサにより検出された操舵状態に応じて、上記操舵アシストトルクに付加する脈動的トルクの目標波形を算出する目標波形算出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
11. 上記電動モータの回転軸と上記転舵機構との連結部に、上記電動モータが大きな回転トルクを発生する高トルク域と小さな回転トルクを発生する低トルク域とで剛性が変化し、低トルク域では高トルク域よりも低剛性となる可変剛性体を設けたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
12. 上記電動モータの回転軸と上記転舵機構との連結部における剛性特性を選択的に切り替え可能な剛性特性切替手段を備え、
    上記剛性特性切替手段は、上記電動モータが大きな回転トルクを発生する高トルク域と小さな回転トルクを発生する低トルク域とで剛性が変化し低トルク域では高トルク域よりも低剛性となる第１剛性特性と、上記低トルク域から上記高トルク域にわたって上記第１剛性特性の高トルク域での剛性と同程度の高剛性特性が得られる第２剛性特性とに切り替え可能で、上記センサ故障検出手段により上記回転角センサの故障が検出されている場合には上記第１剛性特性を選択し、上記故障が検出されていない場合には上記第２剛性特性を選択することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
13. 上記転舵機構に設けられ、上記転舵輪の転舵角に対する上記操舵ハンドルの操舵角の比であるステアリングギヤ比を変更するギヤ比可変装置と、
    上記操舵アシストトルクに付加される脈動的なトルクが上記操舵ハンドルに伝わらないように、上記脈動的なトルクの振動に同期させ上記ギヤ比可変装置を制御するギヤ比制御手段と
    を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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