JP6936757B2 - 電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング装置の管理システム - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置、及び電動パワーステアリング装置の管理システムに関する。

車両用のステアリング装置として、特許文献１には、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が開示されている。この電動パワーステアリング装置は、トーションバーに加えられるトルクを検出するトルクセンサと、電動モータの回転角を検出する回転角センサと、を備えており、電動モータは、トルクセンサ及び回転角センサにより検出されるトルク及び回転角に応じて制御される。電動モータが発生するトルクは、ウォームギア及びウォームホイールを介してピニオン軸に伝達され、更に、ピニオン軸のピニオン及びラックシャフトのラックを介してラックシャフトに伝達される。これにより、ラックシャフトがその軸方向に移動し、ドライバの操舵に応じた適切な操舵補助が実現される。

特開２０１６−１７９７４８号公報

電動パワーステアリング装置において、ウォームギア、ウォームホイール、ピニオン、ラック等のトルクを伝達する伝達部は、トルクの伝達により摩耗等の劣化を引き起こす。伝達部の劣化に伴って伝達部の粘性抵抗や等価抵抗等の機械的特性が変化するので、初期の操舵フィーリングを維持するためには、伝達部の劣化度に応じて、電動モータを制御するための制御パラメータを変化させる必要がある。

また、伝達部は、著しく劣化した場合には破損するおそれがある。そのため、伝達部の劣化度に基づいて、電動パワーステアリング装置の交換時期を管理することが望ましい。

このような理由から、電動パワーステアリング装置において、伝達部の劣化度を把握することが要求されている。

伝達部の劣化度は、伝達部に作用するトルク、伝達部の変位速度、及び伝達部の変位量等の伝達部の状態量から算出されることがわかっている。そのため、伝達部の劣化度を把握する方法として、これらの状態量を検出するセンサを電動パワーステアリング装置に設けることが考えられる。

しかしながら、特許文献１に開示される電動パワーステアリング装置にこれらの状態量を検出するセンサを設けた場合には、電動モータの制御のためのトルクセンサ及び回転角センサとは別のセンサを電動パワーステアリング装置に設けることになる。そのため、センサの個数が増え、電動パワーステアリング装置のコストが増加する。

本発明は、電動パワーステアリング装置における伝達部の劣化度を、安価な構成で把握することを目的とする。

第１の発明は、ステアリングシャフトと、トーションバーと、トルク検出部と、電動モータと、回転角検出部と、電動モータを制御する制御部と、ステアリングシャフトに作用するトルク及び電動モータのトルクをラックシャフトに伝達する伝達部と、トルク検出部により検出される操舵トルク、及び回転角検出部により検出されるモータ回転角に基づいて、伝達部の状態量を推定する推定部と、推定部により推定された状態量に基づいて、伝達部の劣化度を算出する劣化度算出部と、を備える。

第１の発明では、制御部による電動モータの制御のために検出される操舵トルク及びモータ回転角に基づいて、伝達部の状態量が推定される。そのため、電動モータの制御のための検出部と、伝達部の劣化度の算出のための検出部と、を共通化することができる。したがって、電動パワーステアリング装置の検出部の増加を防ぐことができる。

第２の発明は、舵角検出部を更に備え、推定部は、トルク検出部により検出される操舵トルク、回転角検出部により検出されるモータ回転角、及び前記舵角検出部により検出される舵角に基づいて伝達部の状態量を推定する。

第２の発明では、３つの検出量が推定部で用いられるため、２つの検出量のみが推定部で用いられる場合と比較して、状態量の推定に用いられるモデルを詳細に構築することができる。したがって、伝達部の状態量をより正確に推定することができ、伝達部の劣化度をより正確に把握することができる。

第３の発明は、推定部が、伝達部におけるトルクを状態量として推定し、劣化度算出部は、推定されたトルクに基づいて荷重の最大値を算出し、伝達部の劣化度を算出する。

第３の発明では、一時的な過大な荷重を受けることで生じる過大荷重劣化度を把握することができる。

第４の発明は、推定部が、伝達部の変位速度及び変位量を状態量として更に推定し、劣化度算出部は、繰返し回数と許容繰返し回数とを算出し、算出した繰返し回数及び許容繰返し回数に基づいて伝達部の劣化度を算出する。

第４の発明では、荷重を繰返し受けることで生じる繰返し荷重劣化度を把握することができる。

第５の発明は、制御部が、劣化度算出部により算出された劣化度に基づいて、電動モータを制御するための制御パラメータを変化させる。

第５の発明では、電動モータは、劣化度の変化に伴う伝達部の負荷の変化を見込んでトルクを発生するように制御される。したがって、操舵フィーリングを維持することができる。

第６の発明は、算出された劣化度に基づいて、電動パワーステアリング装置の交換の要否を判定する判定部と、判定部が、電動パワーステアリング装置の交換が必要であると判定した場合に、電動パワーステアリング装置の交換時期が来たことを報知する報知部と、を備える。

第６の発明では、電動パワーステアリング装置の交換の要否が、算出された劣化度に基づいて、判定される。したがって、電動パワーステアリング装置の交換時期をより適切に管理することができる。

本発明によれば、電動パワーステアリング装置における伝達部の劣化度を、安価な構成で把握することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置及び管理システムの構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置及び管理システムのブロック図である。 図３は、劣化度算出部の詳細を示すブロック図である。 図４は、過大荷重劣化度算出部によって行われる処理を説明するためのフロー図である。 図５は、繰返し荷重劣化度算出部によって行われる処理を説明するためのフロー図である。 図６は、判定部によって行われる処理を説明するためのフロー図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置及び管理システムの構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
まず、図１から図６を参照して、本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００、及び電動パワーステアリング装置１００の管理システム１０００について説明する。電動パワーステアリング装置１００は、車両に搭載され、ドライバによるステアリングホイール１０の操作（以下、「ステアリング操作」と称する）を補助する。管理システム１０００は、電動パワーステアリング装置１００の交換時期を管理する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０に連結されるステアリングシャフト２０と、ステアリングシャフト２０の回転に伴って車輪１を転舵するラックシャフト３０と、を備えている。ラックシャフト３０は、ナックルアーム３１を介して車輪１に連結されており、車輪１は、ラックシャフト３０の変位によって転舵される。

ステアリングシャフト２０は、運転者によるステアリング操作に伴って回転する入力シャフト２１と、ラックシャフト３０を変位させる出力シャフト２２と、入力シャフト２１と出力シャフト２２とを連結するトーションバー２３と、により構成される。

出力シャフト２２とラックシャフト３０とは、第１伝達部４１を介して互いに連結されている。第１伝達部４１は、出力シャフト２２に設けられるピニオンギア４１ａと、ラックシャフト３０に設けられるラックギア４１ｂと、からなる。ピニオンギア４１ａとラックギア４１ｂとは互いに噛み合っており、出力シャフト２２のトルクは、ピニオンギア４１ａ及びラックギア４１ｂを介してラックシャフト３０の軸方向の荷重に変換されてラックシャフト３０に伝達される。これにより、ラックシャフト３０は、伝達されるトルクによりその軸方向に変位し、車輪１を転舵する。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリング操作に応じて駆動される電動モータ５０を更に備える。電動モータ５０の出力軸は、第２伝達部４２を介してステアリングシャフト２０の出力シャフト２２に連結されている。

第２伝達部４２は、電動モータ５０の出力軸に設けられるウォームシャフト４２ａと、出力シャフト２２に設けられるウォームホイール４２ｂと、からなる。ウォームシャフト４２ａとウォームホイール４２ｂとは互いに噛み合っており、電動モータ５０のトルクは、ウォームシャフト４２ａ及びウォームホイール４２ｂを通じて出力シャフト２２に伝達される。電動モータ５０から出力シャフト２２に伝達されたトルクは、ピニオンギア４１ａ及びラックギア４１ｂを通じてラックシャフト３０に更に伝達される。

このように、電動パワーステアリング装置１００は、電動モータ５０のトルクを出力シャフト２２を通じてラックシャフト３０に伝達することによってステアリング操作を補助するいわゆるコラムタイプの電動パワーステアリング装置である。

電動モータ５０は、制御部としてのコントローラ６０によって制御される。コントローラ６０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵにより実行される制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの演算結果等を記憶するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）と、を含むマイクロコンピュータで構成される。コントローラ６０は、単一のマイクロコンピュータで構成されていてもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成されていてもよい。

また、電動パワーステアリング装置１００は、トーションバー２３に作用する操舵トルクを検出するトルク検出部としてのトルクセンサ５１と、電動モータ５０の回転角を検出する回転角検出部としての回転角センサ５２と、ステアリングホイール１０の回転角（以下、「舵角」とも称する）を検出する舵角検出部としての舵角センサ５３と、を更に備える。トルクセンサ５１、回転角センサ５２及び舵角センサ５３から出力される信号は、コントローラ６０に入力される。

図２に示すように、コントローラ６０は、補助トルク算出部６０ａと、補正部６０ｂと、電流目標値算出部６０ｃと、を備えている。補助トルク算出部６０ａは、トルクセンサ５１、回転角センサ５２及び舵角センサ５３から入力される信号に基づいて、ステアリング操作の補助に必要なトルク（以下、「補助トルク」と称する）を算出する。

補正部６０ｂは、電動モータ５０を制御するための制御パラメータに基づいて、算出された補助トルクを補正する。制御パラメータは、第１及び第２伝達部４１，４２の機械的特性（例えばフリクション）により決定される。したがって、第１及び第２伝達部４１，４２における負荷を見込んで電動モータ５０を駆動させることができる。

電流目標値算出部６０ｃは、補正された補助トルクに基づいて、電動モータ５０に供給される電流の大きさの目標値を算出する。算出された電流目標値は、電流供給部６１に入力され、電流供給部６１から電動モータ５０に、電流目標値に基づいた大きさの電流が供給される。

このように、コントローラ６０は、トルクセンサ５１、回転角センサ５２及び舵角センサ５３によりそれぞれ検出される操舵トルク、モータ回転角及び舵角に応じて電動モータ５０を制御する。したがって、所望の操舵フィーリングでのステアリング操作が可能になる。

ところで、第１及び第２伝達部４１，４２の粘性抵抗や等価抵抗等の機械的特性は、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化に伴って変化する。そのため、所望の操舵フィーリングを維持するためには、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を把握し、劣化度に基づいて、補正部６０ｂにおける制御パラメータを変更する必要がある。

また、第１及び第２伝達部４１，４２が著しく劣化した場合には、電動パワーステアリング装置１００の交換が望ましい。電動パワーステアリング装置１００の交換時期を適切に管理するためには、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を把握する必要がある。

電動パワーステアリング装置１００では、後述の構成により第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を把握することによって、所望の操舵フィーリングを維持すると共に、電動パワーステアリング装置１００の交換時期を管理している。以下、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を把握するための構成、操舵フィーリングを維持するための構成、及び電動パワーステアリング装置１００の交換時期を管理するための構成について、詳述する。

まず、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を把握するための構成について、図１から図５を参照して説明する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、第１及び第２伝達部４１，４２の状態量を推定する推定部７１と、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を算出する劣化度算出部７２と、を備えている。推定部７１及び劣化度算出部７２は、コントローラ６０と同様に、マイクロコンピュータで構成される。推定部７１及び劣化度算出部７２は、コントローラ６０を構成するマイクロコンピュータで構成されていてもよいし、コントローラ６０を構成するマイクロコンピュータとは別のマイクロコンピュータで構成されていてもよい。

図２に示すように、推定部７１は、トルクセンサ５１、回転角センサ５２及び舵角センサ５３から入力される信号に基づいて、第１及び第２伝達部４１，４２に作用するトルク、第１及び第２伝達部４１，４２の変位速度及び変位量を状態量として推定する。これらのトルク、変位速度及び変位量を状態量として推定する方法については、後述する。

劣化度算出部７２は、推定されたトルク、変位速度及び変位量に基づいて、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を算出する。第１及び第２伝達部４１，４２の劣化には、一時的な過大な荷重を受けることで生じる過大荷重劣化と、荷重を繰り返し受けることで生じる繰返し荷重劣化と、があり、劣化度算出部７２は、過大荷重劣化度と繰返し荷重劣化度との両方を算出する。

具体的には、劣化度算出部７２は、図３に示すように、過大荷重劣化度を算出する過大荷重劣化度算出部７２ａと、繰返し荷重劣化度を算出する繰返し荷重劣化度算出部７２ｂと、を備えている。以下では、過大荷重劣化度算出部７２ａ及び繰返し荷重劣化度算出部７２ｂによって行われる処理について、詳述する。

ここでは、第１伝達部４１のピニオンギア４１ａの劣化度を算出する処理について説明する。第１伝達部４１のラックギア４１ｂ、並びに第２伝達部４２のウォームシャフト４２ａ及びウォームホイール４２ｂの劣化度を算出する処理については、ピニオンギア４１ａの劣化度を算出する処理と略同じであるため、省略する。

まず、図４を参照して、過大荷重劣化度算出部７２ａによって行われる処理について説明する。

ステップＳ４０１では、推定部７１により推定されたトルクを取得する。ステップＳ４０２では、取得されたトルクに基づいて、ピニオンギア４１ａの歯に作用する荷重を算出する。具体的には、取得されたトルクをピニオンギア４１ａの基準ピッチ円の半径で除すことによって、歯に作用する荷重を算出する。算出された荷重は、基準ピッチ円上の円周力に相当する。基準ピッチ円の直径は、ピニオンギア４１ａの仕様によって定まる値であり、既知である。

ステップＳ４０３では、算出された荷重のデータを、不図示の記憶部に記憶する。記憶部には、過去に算出された荷重のデータが記憶されており、ステップＳ４０３では、算出された荷重のデータが記憶部に更に記憶される。

ステップＳ４０４では、記憶部に記憶された複数の荷重のデータに基づいて、ピニオンギア４１ａの歯に作用した荷重の最大値を算出する。算出された荷重の最大値は、ピニオンギア４１ａの歯に一時的に加えられる過大な荷重に相当し、例えば、車輪１が縁石等の障害物に乗り上げて衝撃を受けたときにピニオンギア４１ａに加えられる荷重である。

ステップＳ４０５では、算出された荷重の最大値に基づいて、ピニオンギア４１ａの過大荷重劣化度を算出する。具体的には、算出された荷重の最大値を、ピニオンギア４１ａの歯の曲げ強さで除すことにより歯の曲げに起因する過大荷重劣化度を算出すると共に、算出された荷重の最大値を、ピニオンギア４１ａの歯面強さで除すことにより歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度を算出する。

ピニオンギア４１ａの歯の曲げ強さは、ピニオンギア４１ａの仕様から例えばルイスの式によって算出される値であり、既知である。また、ピニオンギア４１ａの歯面強さは、ピニオンギア４１ａの仕様から例えばヘルツの式によって算出される値であり、既知である。

以上により、過大荷重劣化度が算出され、過大荷重劣化度算出部７２ａにおける処理が終了する。

次に、図５を参照して、繰返し荷重劣化度算出部７２ｂによって行われる処理について説明する。

ステップＳ５０１では、推定部７１により推定されたトルク、変位速度及び変位量を取得する。取得される変位速度及び変位量は、それぞれ、ピニオンギア４１ａの周方向における変位速度及び変位量、すなわちピニオンギア４１ａの回転速度及び回転角度である。

ステップＳ５０２では、取得されたトルクに基づいて、ピニオンギア４１ａの歯に作用する荷重の平均値を算出する。具体的には、図４に示すステップＳ４０２，Ｓ４０３と同様に、歯に作用する荷重を算出し、荷重のデータを記憶部に記憶する。その後、記憶部に記憶された複数の荷重のデータに基づいて、ピニオンギア４１ａの歯に作用した荷重の平均値を算出する。算出された荷重の平均値は、ピニオンギア４１ａの歯に繰り返し加えられる荷重の平均値である。

ステップＳ５０３では、取得された回転速度に基づいて、ピニオンギア４１ａの回転速度の平均値を算出する。具体的には、まず、取得された回転速度を不図示の記憶部に記憶する。記憶部には、過去に取得された回転速度のデータが記憶されており、取得された回転速度のデータが記憶部に更に記憶される。次に、記憶部に記憶された複数の回転速度のデータに基づいて、ピニオンギア４１ａの回転速度の平均値を算出する。

ステップＳ５０４では、算出された荷重の平均値と回転速度の平均値とに基づいて、歯の曲げ強さに対する許容繰返し回数と歯面強さに対する許容繰返し回数とを算出する。歯の曲げ強さに対する許容繰返し回数は、ピニオンギア４１ａの仕様、荷重の平均値及び回転速度の平均値から例えばルイスの式によって算出される。また、歯面強さに対する許容繰返し回数は、ピニオンギア４１ａの仕様、荷重の平均値及び回転速度の平均値から例えばヘルツの式によって算出される。

ステップＳ５０５では、取得された回転角度に基づいて、ピニオンギア４１ａがラックギア４１ｂと噛み合った回数（以下、「繰返し回数」と称する）を算出する。具体的には、取得された回転角度を累積し、回転角度の累積値からピニオンギア４１ａの回転回数を算出することにより、繰返し回数を算出する。

ステップＳ５０６では、歯の曲げ強さに対する許容繰返し回数と、歯面強さに対する許容繰返し回数と、繰返し回数と、に基づいて、ピニオンギア４１ａの繰返し荷重劣化度を算出する。具体的には、算出された繰返し回数を、算出された歯の曲げ強さに対する許容繰返し回数で除すことにより、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度を算出する。また、算出された繰返し回数を、算出された歯面強さに対する許容繰返し回数で除すことにより、歯面の損傷に起因する繰返し荷重劣化度を算出する。

以上により、繰返し荷重劣化度が算出され、繰返し荷重劣化度算出部７２ｂにおける処理が終了する。

このように、電動パワーステアリング装置１００では、推定部７１により推定されたトルク、変位速度及び変位量に基づいて、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度が算出される。推定部７１は、トルクセンサ５１、回転角センサ５２及び舵角センサ５３によりそれぞれ検出される操舵トルク、モータ回転角及び舵角に基づいて、第１及び第２伝達部４１，４２におけるトルク、変位速度及び変位量を推定する。

検出される操舵トルク、モータ回転角及び舵角は、ステアリング操作の状況や、障害物への乗り上げといった車両の運転状況に応じて変化する。そのため、劣化度算出部７２は、ステアリング操作の状況や車両の運転状況に応じて劣化度を算出する。したがって、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を高い精度で把握することができる。

また、トルクセンサ５１、回転角センサ５２及び舵角センサ５３によりそれぞれ検出される操舵トルク、モータ回転角及び舵角は、コントローラ６０による電動モータ５０の制御に用いられる。すなわち、第１及び第２伝達部４１，４２の状態量は、コントローラ６０による電動モータ５０の制御のために検出される操舵トルク、モータ回転角及び舵角に基づいて、推定される。したがって、電動モータ５０の制御のための検出部とは別の検出部を電動パワーステアリング装置１００に設けることなく、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を算出することができる。これにより、電動パワーステアリング装置１００の検出部としてのセンサの増加を防ぐことができ、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を、安価な構成で把握することができる。

次に、電動パワーステアリング装置１００の操舵フィーリングを維持するための構成について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、劣化度算出部７２によって算出された第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度は、コントローラ６０の補正部６０ｂに入力される。補正部６０ｂは、入力される劣化度に基づいて制御パラメータを変化させる。

前述のように、劣化度算出部７２は、ステアリング操作の状況や車両の運転状況に応じて劣化度を算出することができる。そのため、制御パラメータを、ステアリング操作の状況や車両の運転状況に応じて変化させることができる。したがって、劣化に伴う第１及び第２伝達部４１，４２における負荷を見込んで電動モータ５０のトルクを適切に発生させることができ、操舵フィーリングを維持することができる。

次に、電動パワーステアリング装置１００の交換時期を管理するための構成について、図１及び図２を参照して詳述する。

図１に示すように、管理システム１０００は、劣化度算出部７２により算出された劣化度に基づいて電動パワーステアリング装置１００の交換の要否を判定する判定部８１と、判定部８１による判定結果に基づいて作動する報知部８２と、を備えている。判定部８１は、コントローラ６０と同様に、マイクロコンピュータで構成される。報知部８２は、車両に搭載される。報知部８２は、運転者が視認可能な装置、例えば文字表示装置やランプであってもよいし、音によって運転者に報知するブザーやスピーカであってもよい。

図６を参照して、判定部８１によって行われる処理について説明する。ここでは、第１伝達部４１のピニオンギア４１ａの劣化度に基づく判定処理について説明する。第１伝達部４１のラックギア４１ｂ、並びに第２伝達部４２のウォームシャフト４２ａ及びウォームホイール４２ｂの劣化度に基づく判定処理については、ピニオンギア４１ａの劣化度に基づく判定処理と略同じであるため、省略する。

ステップＳ６０１では、劣化度算出部７２により算出された劣化度を取得する。取得する劣化度は、ピニオンギア４１ａの歯の曲げ及び歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度、並びに歯の曲げ及び歯面の損傷に起因する繰返し荷重劣化度である。

ステップＳ６０２では、歯の曲げに起因する過大荷重劣化度が予め定められた第１閾値を超えたか否かを判定する。第１閾値は、例えば「１」である。歯の曲げに起因する過大荷重劣化度が１を超えることは、ステップＳ４０４（図４参照）により算出された荷重の最大値が、ピニオンギア４１ａの歯の曲げ強さを超えることと同義である。

ステップＳ６０２にて、歯の曲げに起因する過大荷重劣化度が第１閾値を超えたと判定した場合には、ステップＳ６０６に進む。ステップＳ６０２にて、歯の曲げに起因する過大荷重劣化度が第１閾値を超えていないと判定した場合には、ステップＳ６０３に進む。

ステップＳ６０３では、歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度が予め定められた第２閾値を超えたか否かを判定する。第２閾値は、例えば「１」である。歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度が１を超えることは、ステップＳ４０４（図４参照）により算出された荷重の最大値が、ピニオンギア４１ａの歯面強さを超えることと同義である。

ステップＳ６０３にて、歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度が第２閾値を超えたと判定した場合には、ステップＳ６０６に進む。ステップＳ６０３にて、歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度が第２閾値を超えていないと判定した場合には、ステップＳ６０４に進む。

ステップＳ６０４では、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度が予め定められた第３閾値を超えたか否かを判定する。第３閾値は、例えば「１」である。歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度が１を超えることは、ステップＳ５０５（図５参照）にて算出された繰返し回数が、ステップＳ５０４（図５参照）にて算出された歯の曲げ強さに対する許容繰返し回数を超えることと同義である。

ステップＳ６０４にて、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度が第３閾値を超えたと判定した場合には、ステップＳ６０６に進む。ステップＳ６０４にて、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度が第３閾値を超えていないと判定した場合には、ステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５では、歯面の損傷に起因する繰返し荷重劣化度が予め定められた第４閾値を超えたか否かを判定する。第４閾値は、例えば「１」である。歯面の損傷に起因する繰返し荷重劣化度が１を超えることは、ステップＳ５０５（図５参照）にて算出された繰返し回数が、ステップＳ５０４（図５参照）にて算出された歯面強さに対する許容繰返し回数を超えることと同義である。

ステップＳ６０５にて、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度が第４閾値を超えたと判定した場合には、ステップＳ６０６に進む。ステップＳ６０５にて、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度が第３閾値を超えていないと判定した場合には、ステップＳ６０１に戻る。

ステップＳ６０６では、報知部８２を作動させる信号を出力する。これにより、報知部８２は作動し、電動パワーステアリング装置１００の交換が必要であることを運転者に報知する。報知部８２を作動させる信号を出力後、判定部８１によって行われる処理が終了する。

管理システム１０００では、劣化度算出部７２によって算出された劣化度に基づいて、電動パワーステアリング装置１００の交換の要否が判定され、交換時期が管理される。前述のように、劣化度算出部７２は、ステアリング操作の状況や車両の運転状況に応じて劣化度を算出することができるため、電動パワーステアリング装置１００の交換時期をより適切に管理することができる。

次に、推定部７１によって行われる処理を説明する。推定部７１は、拡張オブザーバによる数式モデルを利用し、制御入力値である電流供給部６１に指令する電流値と、出力値として検出される操舵トルク、モータ回転角、舵角との入出力関係に基づいて第１及び第２伝達部４１，４２の状態量を推定する。

推定部７１による状態量の推定方法について、表１、表２に示す記号を参照して詳細に説明する。表１は、電動パワーステアリング装置１００の主な諸元を示す表であり、表２は、電動パワーステアリング装置１００における主な変数を示す表である。

電動パワーステアリング装置１００における状態方程式は、次の式（１−１）で表される。

また、電動パワーステアリング装置１００における出力方程式は、次の式（１−２）で表される。

式（１−１）及び式（１−２）に拡張オブザーバ理論を適用すると、次の式（１−３）及び式（１−４）が得られる。

式（１−３）及び式（１−４）の拡張システムモデルに対し、次の式（１−５）で示されるオブザーバを構築する。

式（１−５）を用いることにより、時々刻々変化する観測量ｙ及び制御量ｕから、状態量及び外乱ｚの成分、並びにその微分値ｚ’の成分を推定することができる。

ピニオンギア４１ａからラックギア４１ｂに伝達するトルクの推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角、モータ回転角速度、モータ回転角加速度、舵角に基づいて、具体的には次の式（１−６）により算出される。

また、ピニオンギア４１ａの回転角度の推定値及び回転速度の推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角及びモータ回転角速度に基づいて、具体的には次の式（１−７）及び式（１−８）により算出される。

また、ウォームシャフト４２ａからウォームホイール４２ｂに伝達するトルクの推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角速度及びモータ回転角加速度に基づいて、具体的には次の式（１−９）により算出される。

また、ウォームシャフト４２ａの回転角度の推定値及び回転速度の推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角及びモータ回転角速度に基づいて、具体的には次の式（１−１０）及び式（１−１１）により算出される。

以上により、第１及び第２伝達部４１，４２におけるトルク、変位速度及び変位量が推定される。

以上の本実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

電動パワーステアリング装置１００では、電動モータ５０の制御に用いられるトルク、回転角及び舵角に基づいて、第１及び第２伝達部４１，４２の状態量が推定される。したがって、電動モータ５０の制御のための検出部と、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度の算出のための検出部と、を共通化することができる。したがって、電動パワーステアリング装置１００の検出部としてのセンサの増加を防ぐことができ、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を、安価な構成で把握することができる。

また、劣化度算出部７２は、推定部７１により推定されたトルクに基づいて荷重の最大値を算出し、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を算出する。したがって、一時的な過大な荷重を受けることで生じる過大荷重劣化度を把握することができる。

また、劣化度算出部７２は、推定部７１により推定されたトルク、変位速度及び変位量に基づいて繰返し回数と許容繰返し回数とを算出し、算出した繰返し回数及び許容繰返し回数に基づいて、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度を算出する。したがって、荷重を繰り返し受けることで生じる繰返し荷重劣化度を把握することができる。

また、コントローラ６０は、劣化度算出部７２により算出された劣化度に基づいて、電動モータ５０を制御するための制御パラメータを変化させる。したがって、劣化に伴う第１及び第２伝達部４１，４２における負荷の変化を見込んでトルクを発生するように電動モータ５０を制御することができ、操舵フィーリングを維持することができる。

また、判定部８１は、劣化度算出部７２によって算出された劣化度に基づいて、電動パワーステアリング装置１００の交換の要否を判定する。したがって、電動パワーステアリング装置１００の交換時期をより適切に管理することができる。

なお、電動パワーステアリング装置１００では、舵角が舵角センサ５３により検出され第１及び第２伝達部４１，４２の状態量の推定に用いられているが、舵角センサ５３により検出した舵角を用いることなく、第１及び第２伝達部４１，４２の状態量を推定することもできる。この場合には、式（１−２）及び式（１−４）に代えて、次の式（１−２’）及び式（１−４’）を用いる。

検出した舵角を第１及び第２伝達部４１，４２の状態量の推定に用いる場合には、舵角を検出することなく第１及び第２伝達部４１，４２の状態量を推定する場合と比較して、状態量の推定に用いられるモデルを詳細に構築することができる。したがって、第１及び第２伝達部４１，４２の状態量をより正確に推定することができ、第１及び第２伝達部４１，４２の劣化度をより正確に把握することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置２００について、図７を参照して説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、図中に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

電動パワーステアリング装置２００は、電動モータ５０のトルクを、出力シャフト２２とは別のシャフトを通じてラックシャフト３０に伝達することによってステアリング操作を補助するいわゆるデュアルピニオンタイプの電動パワーステアリング装置である。

図７に示すように、電動パワーステアリング装置２００では、電動モータ５０の出力軸は、出力シャフト２２とは独立して設けられるピニオンシャフト２２２に第２伝達部２４２を介して連結されている。

第２伝達部２４２は、電動モータ５０の出力軸に設けられるウォームシャフト４２ａと、ピニオンシャフト２２２に設けられるウォームホイール２４２ｂと、からなる。電動モータ５０のトルクは、ウォームシャフト４２ａ及びウォームホイール２４２ｂを通じてピニオンシャフト２２２に伝達される。

ピニオンシャフト２２２は、第３伝達部２４３を介してラックシャフト３０と連結されている。第３伝達部２４３は、ピニオンシャフト２２２に設けられるピニオンギア２４３ａと、ラックギア４１ｂと、からなる。ピニオンシャフト２２２のトルクは、ピニオンギア２４３ａ及びラックギア４１ｂを介してラックシャフト３０の軸方向の荷重に変換されてラックシャフト３０に伝達される。

また、電動パワーステアリング装置２００は、電動パワーステアリング装置１００と同様に、コントローラ６０と、推定部７１と、劣化度算出部７２と、を備えている。コントローラ６０及び劣化度算出部７２の構成及び動作については、第１実施形態と略同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、推定部７１によって行われる処理を説明する。推定部７１は、拡張オブザーバによる数式モデルを利用し、制御入力値である電流供給部６１に指令する電流値と、出力値として検出される操舵トルク、モータ回転角、舵角との入出力関係に基づいて第１、第２及び第３伝達部４１，２４２，４３の状態量を推定する。

第２実施形態における推定部７１による状態量の推定方法について、表１及び表２に示す記号に加えて、表３及び表４に示す記号を参照して詳細に説明する。表３は、電動パワーステアリング装置２００の諸元のうち表１に示されていない諸元を示す表である。表４は、電動パワーステアリング装置２００の変数のうち表２に示されていない変数を示す表である。

電動パワーステアリング装置２００における状態方程式は、次の式（２−１）で表される。

また、電動パワーステアリング装置２００における出力方程式は、次の式（２−２）で表される。

式（２−１）及び式（２−２）に拡張オブザーバ理論を適用すると、次の式（２−３）及び式（２−４）が得られる。

式（２−３）及び式（２−４）の拡張システムモデルに対し、次の式（２−５）で示されるオブザーバを構築する。

式（２−５）を用いることにより、時々刻々変化する観測量ｙ及び制御量ｕから、状態量及び外乱ｚの成分、並びにその微分値ｚ’の成分を推定することができる。

ピニオンギア４１ａからラックギア４１ｂに伝達するトルクの推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角、モータ回転角速度、モータ回転角加速度、舵角に基づいて、具体的には次の式（２−６−１）により算出される。

ピニオンギア２４３ａからラックギア４１ｂに伝達するトルクの推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角、モータ回転角速度、モータ回転角加速度、舵角に基づいて、具体的には次の式（２−６−２）により算出される。

また、ピニオンギア２４３ａの回転角度の推定値及び回転速度の推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角及びモータ回転角速度に基づいて、具体的には次の式（２−７）及び式（２−８）により算出される。

また、ウォームシャフト４２ａからウォームホイール２４２ｂに伝達するトルクの推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角速度及びモータ回転角加速度に基づいて、具体的には次の式（２−９）により算出される。

また、ウォームシャフト４２ａの回転角度の推定値及び回転速度の推定値は、推定されたｚ、ｚ’の成分の中からモータ回転角及びモータ回転角速度に基づいて、具体的には次の式（２−１０）及び式（２−１１）により算出される。

以上により、第１、第２及び第３伝達部４１，２４２，２４３におけるトルク、変位速度及び変位量が推定される。

以上の本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

なお、電動パワーステアリング装置２００では、舵角を舵角センサ５３により検出し第１、第２及び第３伝達部４１，２４２，２４３の状態量の推定に用いているが、検出した舵角を用いることなく、第１、第２及び第３伝達部４１，２４２、２４３の状態量を推定することもできる。この場合には、式（２−２）及び式（２−４）に代えて、次の式（２−２’）及び式（２−４’）を用いる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

電動パワーステアリング装置１００，２００は、ステアリング操作に伴って回転するステアリングシャフト２０と、ステアリングシャフト２０の一部を構成するトーションバー２３と、トーションバー２３に作用する操舵トルクを検出するトルクセンサ５１と、車輪１を転舵するラックシャフト３０を変位させる電動モータ５０と、電動モータ５０の回転角を検出する回転角センサ５２と、トルクセンサ５１により検出される操舵トルク、及び回転角センサ５２により検出されるモータ回転角に応じて電動モータ５０を制御するコントローラ６０と、ステアリングシャフト２０に作用するトルク及び電動モータ５０のトルクをラックシャフト３０に伝達する第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３と、トルクセンサ５１により検出される操舵トルク、及び回転角センサ５２により検出されるモータ回転角に基づいて、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の状態量を推定する推定部７１と、推定部７１により推定された状態量に基づいて、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の劣化度を算出する劣化度算出部７２と、を備える。

この構成では、コントローラ６０による電動モータ５０の制御のために検出される操舵トルク及びモータ回転角に基づいて、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の状態量が推定される。そのため、電動モータ５０の制御のためのセンサと、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の劣化度の算出のためのセンサと、を共通化することができる。したがって、電動パワーステアリング装置１００，２００のセンサの増加を防ぐことができ、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の劣化度を、安価な構成で把握することができる。

また、電動パワーステアリング装置１００，２００は、舵角を検出する舵角センサ５３を更に備え、推定部７１は、トルクセンサ５１により検出される操舵トルク、回転角センサ５２により検出されるモータ回転角、及び舵角センサ５３により検出される舵角に基づいて第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の状態量を推定する。

この構成では、３つの検出量が推定部７１で用いられるため、２つの検出量のみが推定部７１で用いられる場合と比較して、状態量の推定に用いられるモデルを詳細に構築することができる。したがって、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の状態量をより正確に推定することができ、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の劣化度をより正確に把握することができる。

また、電動パワーステアリング装置１００，２００では、推定部７１は、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３におけるトルクを状態量として推定し、劣化度算出部７２は、推定部７１により推定されたトルクに基づいて荷重の最大値を算出し、算出した荷重の最大値に基づいて第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の劣化度を算出する。

この構成では、一時的な過大な荷重を受けることで生じる過大荷重劣化度を把握することができる。

また、電動パワーステアリング装置１００，２００では、推定部７１は、第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の変位速度及び変位量を状態量として更に推定し、劣化度算出部７２は、推定された変位量に基づいて繰返し回数を算出すると共に推定されたトルクと変位速度とに基づいて許容繰返し回数を算出し、算出した繰返し回数及び許容繰返し回数に基づいて第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の劣化度を算出する。

この構成では、荷重を繰返し受けることで生じる繰返し荷重劣化度を把握することができる。

また、電動パワーステアリング装置１００，２００では、コントローラ６０は、劣化度算出部７２により算出された劣化度に基づいて、電動モータ５０を制御するための制御パラメータを変化させる。

この構成では、電動モータ５０は、劣化度の変化に伴う第１伝達部４１、第２伝達部４２，２４２及び第３伝達部２４３の負荷の変化を見込んでトルクを発生するように制御される。したがって、操舵フィーリングを維持することができる。

また、本実施形態は、電動パワーステアリング装置１００，２００を管理する管理システム１０００に係る。管理システム１０００は、劣化度算出部７２により算出された劣化度に基づいて、電動パワーステアリング装置１００，２００の交換の要否を判定する判定部８１と、判定部８１が、電動パワーステアリング装置１００，２００の交換が必要であると判定した場合に、電動パワーステアリング装置１００，２００の交換時期が来たことを報知する報知部８２と、を備える。

この構成では、電動パワーステアリング装置１００，２００の交換の要否が、算出された劣化度に基づいて判定される。したがって、電動パワーステアリング装置１００，２００の交換時期をより適切に管理することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、電動パワーステアリング装置１００はコラムタイプの電動パワーステアリング装置を前提としているが、シングルピニオンタイプの電動パワーステアリング装置であってもよい。

また、電動パワーステアリング装置１００，２００の劣化度算出部７２は、歯の曲げに起因する過大荷重劣化度と、歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度と、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度と、歯面の損傷に起因する繰返し荷重劣化度と、の少なくとも１つを算出するように構成されていてもよい。

また、電動パワーステアリング装置１００の推定部７１は、第１伝達部４１及び第２伝達部４２の少なくとも一方の状態量を推定するように構成されていてもよく、劣化度算出部７２は、第１伝達部４１及び第２伝達部４２の少なくとも一方の劣化度を算出するように構成されていてもよい。同様に、電動パワーステアリング装置２００の推定部７１は、第１伝達部４１、第２伝達部２４２及び第３伝達部２４３の少なくとも１つの状態量を推定するように構成されていてもよく、劣化度算出部７２は、第１伝達部４１、第２伝達部２４２及び第３伝達部２４３の少なくとも１つの劣化度を算出するように構成されていてもよい。

また、電動パワーステアリング装置１００，２００の補正部６０ｂは、歯の曲げに起因する過大荷重劣化度と、歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度と、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度と、歯面の損傷に起因する繰返し荷重劣化度と、の少なくとも１つに基づいて制御パラメータを変更するように構成されていてもよい。

また、電動パワーステアリング装置１００，２００の判定部８１は、歯の曲げに起因する過大荷重劣化度と、歯面の損傷に起因する過大荷重劣化度と、歯の曲げに起因する繰返し荷重劣化度と、歯面の損傷に起因する繰返し荷重劣化度と、の少なくとも１つに基づいて電動パワーステアリング装置１００，２００の交換の要否を判定するように構成されていてもよい。

また、電動パワーステアリング装置１００の第１及び第２伝達部４１、４２の少なくとも一方は、ベルト式の伝達機構であってもよい。同様に、電動パワーステアリング装置２００の第１、第２及び第３伝達部４１、２４２，２４３の少なくとも１つは、ベルト式の伝達機構であってもよい。

管理システム１０００の報知部８２は、車両に搭載される形態に限られず、車両から離れて設けられていてもよく、例えば管理センターといった場所に設けられていてもよい。この場合には、管理センターにおいても電動パワーステアリング装置１００，２００の交換時期を管理することができる。

１・・・車輪、２０・・・ステアリングシャフト、２３・・・トーションバー、３０・・・ラックシャフト、４１・・・第１伝達部、４２・・・第２伝達部、５０・・・電動モータ、５１・・・トルクセンサ（トルク検出部）、５２・・・回転角センサ（回転角検出部）、５３・・・舵角センサ（舵角検出部）、６０・・・コントローラ（制御部）、７１・・・推定部、７２・・・劣化度算出部、８１・・・判定部、８２・・・報知部、１００，２００・・・電動パワーステアリング装置、２４２・・・第２伝達部、２４３・・・第３伝達部、１０００・・・管理システム

Claims (6)

1. ステアリング操作に伴って回転するステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトの一部を構成するトーションバーと、
   前記トーションバーに作用する操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   車輪を転舵するラックシャフトを変位させる電動モータと、
   前記電動モータの回転角を検出する回転角検出部と、
   前記トルク検出部により検出される操舵トルク、及び前記回転角検出部により検出されるモータ回転角に応じて前記電動モータを制御する制御部と、
   前記ステアリングシャフトに作用するトルク及び前記電動モータのトルクを前記ラックシャフトに伝達する伝達部と、
   前記トルク検出部により検出される操舵トルク、及び前記回転角検出部により検出されるモータ回転角に基づいて、前記伝達部の状態量を推定する推定部と、
   前記推定部により推定された状態量に基づいて、前記伝達部の劣化度を算出する劣化度算出部と、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. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、
   舵角を検出する舵角検出部を更に備え、
   前記推定部は、前記トルク検出部により検出される操舵トルク、前記回転角検出部により検出されるモータ回転角、及び前記舵角検出部により検出される舵角に基づいて前記伝達部の状態量を推定することを特徴とする
   電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置であって、
   前記推定部は、前記伝達部におけるトルクを状態量として推定し、
   前記劣化度算出部は、前記推定部により推定されたトルクに基づいて荷重の最大値を算出し、算出した荷重の最大値に基づいて前記伝達部の劣化度を算出することを特徴とする
   電動パワーステアリング装置。
4. 請求項３に記載の電動パワーステアリング装置であって、
   前記推定部は、前記伝達部の変位速度及び変位量を状態量として更に推定し、
   前記劣化度算出部は、推定された変位量に基づいて繰返し回数を算出すると共に推定されたトルクと変位速度とに基づいて許容繰返し回数を算出し、算出した繰返し回数及び許容繰返し回数に基づいて前記伝達部の劣化度を算出することを特徴とする
   電動パワーステアリング装置。
5. 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であって、
   前記制御部は、前記劣化度算出部により算出された劣化度に基づいて、前記電動モータを制御するための制御パラメータを変化させることを特徴とする
   電動パワーステアリング装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置を管理する管理システムであって、
   前記劣化度算出部により算出された劣化度に基づいて、前記電動パワーステアリング装置の交換の要否を判定する判定部と、
   前記判定部が、前記電動パワーステアリング装置の交換が必要であると判定した場合に、前記電動パワーステアリング装置の交換時期が来たことを報知する報知部と、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の管理システム。

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