JP2008024277A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】別途舵角センサ等を追加することなく、電動パワーステアリング装置が操舵限界位置到達時のトルク伝達部材に伝達されるピークトルクを抑制する。
【解決手段】ステアリング機構に操舵補助トルクを伝達する電動モータ１２と、操舵トルクに基づく電流指令値に応じて前記電動モータ１２をパルス幅変調信号によって駆動制御するモータ制御部２４とを備え、前記モータ制御部２４は、前記電動モータ１２のモータトルクを検出するモータトルク検出部６７と、検出したモータトルクの変化率を演算するモータトルク変化率検出部６８と、演算したモータトルク変化率が操舵限界を判断する閾値以上であるときに前記パルス幅変調信号のデューティ比を前記ステアリング機構の前記ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する所定値に固定するデューティ比制限部６４とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動モータと、前記電流指令値に基づいて電動モータを制御するモータ制御部とを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、ステアリング装置として運転者がステアリングホイールを操舵する操舵トルクに応じて電動モータ駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
一般に、ステアリング機構では、ステアリングホイールを中立位置から左及び右の何れの操舵方向に操舵を続けると、ステアリングホイールの操作量がその最大値に相当する最大舵角に達すると、ステアリング機構がメカニカルストッパに当接してそれ以上の操舵ができない操舵限界位置となる。このような操舵限界位置となって、メカニカルストッパに当接する状態となることを所謂端当てと称している。

そして、ステアリングホイールが素早く操作される場合即ち操舵速度が大きい場合には、電動パワーステアリング装置で発生する操舵補助力も大きくなり、端当ての際に生じる衝撃力が大きなものとなり、その結果、ステアリング機構の耐久性が低下したり、操舵操作において運転者が不快感を覚えたりすることがある。
このため、従来、端当て時の衝撃を緩和するように構成された電動パワーステアリング装置として、舵角が最大舵角近傍の所定舵角を超えると電動機の操舵補助トルクを低減補正するアンローダ補正部を有し、このアンローダ補正部は、操舵速度が速いほど前記補助操舵トルクの低減補正量を増大修正することを特徴とする電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、操舵輪が所定の最大舵角に接近して減衰開始舵角を超えたことが検出された場合に、電動モータの駆動力を減衰させる減衰手段と、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて前記減衰開始舵角を設定する減衰開始舵角設定手段とを備えた電気式パワーステアリング装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
ところが、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、最大舵角近傍において操舵補助トルクの低減補正量を増大修正するようにしているので、舵角を検出するセンサが必要となると共に、操舵速度が速い場合には、電動機の慣性により、必ずしも端当て時の衝撃を十分に緩和することができないという未解決の課題がある。

また、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて減衰開始舵角を設定するので、操舵速度が高速である場合には、最大舵角と減衰開始舵角との差を大きくする（電動モータの駆動力を減衰させる時点を早める）ことで、モータ慣性によって端当て時に大きな衝撃が発生することを防止することが可能となるものであるが、操舵輪の操舵速度を検出するセンサが必要になると共に、ステアリングホイールを最大舵角近傍から中立位置へ向かって切り戻す場合には、電動モータの駆動力の減衰により、操舵補助力が不十分となって操舵フィーリングが悪化するという未解決の課題がある。

これらの未解決の課題を解決するために、機械的に端当ての衝撃を低減することが考えられている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に記載の発明では、電動モータから操舵輪への操舵力伝達系の途中であって、電動モータから伝えられるトルクが作用する部分に、該部分に作用するトルクが所定値に達した場合に当該トルクの伝達を制限するトルクリミッタを設けることにより、操舵輪がステアリングエンドに達した時等、操舵輪の操舵動作が急激に停止した場合に瞬間的に増加する電動モータの回転エネルギによるトルクをトルクリミッタにより制限し、所定値以上のトルクの操舵輪側への電動を阻止して大きな衝撃力の発生を防止するようにしている。
特開２００１−２５３３５６号公報（第１頁、図２、図７） 特開２００１−３０９３３号公報（第１頁、図２、図３） 特開２０００−３３５４３１号公報（第１頁、図２、図３）

ところで、端当て時やタイヤが縁石に当接した時のように操舵限界位置に達した時の衝撃荷重が及ぼす影響のうち、ステアリングシャフトとステアリングギヤとの間に介挿されたトルク伝達部材としての中間シャフトに与える影響が大きな問題となり、この中間シャフトの耐久性が低下するという問題がある。
上記各従来例にあっては、ステアリング機構がメカニカルストッパに当接する端当て時やタイヤが縁石等に当接した時などの操舵限界位置となった時の衝撃を緩和できるものであるが、第１及び第２の従来例のようにソフトウェアによる対策では、ステアリングホイールの絶対角度情報を使用するため、高精度の舵角センサ又は絶対舵角推定機能が必要となり、横滑り防止装置用の低精度の舵角センサを流用することはできず、高価な舵角センサや絶対舵角推定機能を必要とするので、製造コストが嵩むという未解決の課題がある。

また、第３の従来例のように、端当て時の衝撃を、トルクリミッタを使用して機械的に防止するには、トルクリミッタを組込む必要があり、同様に製造コストが嵩むという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、別途舵角センサやトルクリミッタ等を追加することなく、端当て時やタイヤが縁石等に当接した時などの操舵限界位置となった時に中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和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している。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータをパルス幅変調信号によって駆動制御するモータ制御部とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記モータ制御部は、前記電動モータと前記ステアリングシャフト間に発生しているモータトルクを検出するモータトルク検出部と、該モータトルク検出部で検出したモータトルクの変化率を演算するモータトルク変化率検出部と、該モータトルク変化率検出部で演算したモータトルクの変化率が操舵限界を判断する閾値以上であるときにデューティ比制限条件を満足したものと判断して前記パルス幅変調信号のデューティ比を前記ステアリング機構の前記ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する所定値に固定するデューティ比制限部とを有することを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記モータトルク検出部は、前記電動モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記電動モータの回転角加速度を検出する回転角加速度検出部と、前記駆動電流検出部で検出したモータ駆動電流と前記回転角加速度検出部で検出した回転角加速度から前記電動モータと前記ステアリングシャフトとの間に発生しているトルクを演算するモータトルク演算部とを備えていることを特徴としている。

さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記モータトルク検出部は、前記電動モータの出力軸から前記ステアリングシャフトに至る間のトルク伝達軸に配設した磁歪式トルクセンサで構成されていることを特徴としている。
さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至３の何れか１つの発明において、前記デューティ比制限部は、前記モータトルクの変化率が閾値以上で、且つ前記モータトルク検出部で検出したモータトルクの絶対値が所定値以上であるときにデューティ比制限条件を満足したものと判断してデューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴としている。

なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記デューティ比制限部は、前記モータトルクの変化率が閾値以上で、且つ前記モータトルク検出部で検出したモータトルクの絶対値が所定値以上である状態を所定時間以上継続したときにデューティ比制限条件を満足したものと判断して前記デューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴としている。

また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、前記デューティ比制限部は、前記デューティ比制限条件を満足したものと判断し、且つ前記モータトルクの変化率の符号とモータトルク演算値の符号とが一致した場合に、前記デューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴としている。

さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、前記電動モータのモータ角速度を検出するモータ角速度検出手段を備え、前記デューティ比制限部は、前記デューティ比制限条件を満足したものと判断し、且つ前記モータ角速度検出手段で検出したモータ角速度が所定値以上である場合に、前記デューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴としている。

さらにまた、請求項８に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、前記電動モータのモータ角速度を検出するモータ角速度検出手段を備え、前記デューティ比制限部は、前記デューティ比制限条件を満足したものと判断し、且つ前記モータ角速度検出手段で所定時間前に検出したモータ角速度が所定値以上である場合に、前記デューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴としている。

なおさらに、請求項９に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至８の何れか１つの発明において前記デューティ比制限部は、デューティ比を前記所定値に固定してから所定時間が経過したときにデューティ比の前記所定値への固定を解除するように構成されていることを特徴としている。
また、請求項１０に係る電動パワーステアリング装置は、請求項９に係る発明において、前記デューティ比の前記所定値への固定を解除する所定時間はモータ角速度に基づいて設定されることを特徴としている。

さらに、請求項１１に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至１０の何れか１つに係る発明において、車速を検出する車速検出手段を有し、前記デューティ比制限部は、前記操舵限界を判断する閾値を前記車速検出手段で検出した車速の増加に応じて増加させる閾値設定手段を備えていることを特徴としている。
さらにまた、請求項１２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至１１の何れか１つに係る発明において、前記モータ制御部は、前記パルス幅変調信号によって駆動されて電動モータにモータ電流を供給するインバータを有し、前記デューティ比制限部は、前記デューティ比制限条件を満足したときに前記インバータの上アーム及び下アームの何れか一方を同時にオン状態として電磁ブレーキモードに制御するようにしたことを特徴としている。

なおさらに、請求項１３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至１２の何れか１つの発明において、前記ステアリング機構のトルク伝達部材は、ステアリングシャフトにプレス成形によって製作されたヨークを有するジョイントを介して接続された中間シャフトを有することを特徴としている。
また、請求項１４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至１３の何れか１つの発明において、前記ステアリング機構は、ステアリングギヤのラックストロークエンドに緩衝材を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、モータトルク検出部で検出したモータトルクの変化率が操舵限界位置を判断する閾値以上であるときに、デューティ比制限条件を満足したものと判断して前記パルス幅変調信号のデューティ比を前記ステアリング機構の前記ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する所定値に固定するようにしたので、ステアリングシャフト及びステアリングギヤ間に介挿された中間シャフト等のトルク伝達部材に過大なトルクが伝達される前に電動モータで発生する操舵補助トルクを制限することができ、別途舵角センサやトルクリミッタ等を設けることなく、端当り時やタイヤが縁石に当接した時などの操舵限界位置に達した時にトルク伝達部材に伝達される衝撃力を確実に抑制することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に一実施形態を示す概略構成図であって、図中、ＳＭはステアリング機構である。このステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸２ａとこの入力軸２ａに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２を備えている。このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に内装され、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、２つのヨーク４ａ，４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ，６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、図２に示すように、ギヤハウジング８ａ内に、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ｂとこのピニオン８ｂに噛合するラック軸８ｃとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ｂに伝達された回転運動をラック軸８ｃで直進運動に変換している。

そして、ラック軸８ｃの両端にボールジョイント９ａを介してタイロッド９が連結されていると共に、ギヤハウジング８ａのラック軸８ｃを覆う筒状部８ｄの内周面にラック軸８ｃが操舵限界位置即ちラックストロークエンドに達したときに、ラック軸８ｃに取付けたボールジョイント９ａの内側端面に形成した緩衝部材８ｅが当接するストッパ部材８ｆが形成されている。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する電動機としての例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。
また、減速ギヤ１１のステアリングホイール１側に連接されたハウジング１３内に操舵トルクセンサ１４が配設されている。この操舵トルクセンサ１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。

そして、操舵トルクセンサ３から出力される操舵トルク検出値Ｔは、図３に示すように、コントローラ１５に入力される。このコントローラ１５には、トルク検出値Ｔの他に車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖ、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗ及びレゾルバ、エンコーダ等で構成される回転角センサ１７で検出した電動モータ１２の回転角θも入力され、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生させる操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*を算出し、算出した操舵補助指令値Ｉ_M ^*に対して回転角θに基づいて算出するモータ角速度ω及びモータ角加速度αに基づいて各種補償処理を行ってからｄ−ｑ軸指令値に変換した後２相／３相変換して３相電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*を算出し、これら３相電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*とモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗとに基づいて電動モータ１２に供給する駆動電流をフィードバック制御処理して電動モータ１２を駆動制御するモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを出力する。

すなわち、コントローラ１５は、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*を演算するトルク指令値演算部２１と、このトルク指令値演算部２１で算出した操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*を補償する指令値補償部２２と、この指令値補償部２２で補償された補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′に基づいてｄ−ｑ軸電流指令値を算出するｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３と、このｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３から出力される指令電流に基づいてモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを生成するモータ電流制御部２４とで構成されている。

操舵補助トルク指令値演算部２１は、操舵トルクＴ及び車速Ｖをもとに図４に示す操舵補助トルク指令値算出マップを参照して電流指令値でなる操舵補助トルク指令値ＩM*を算出する。
この操舵補助トルク指令値算出マップは、図４に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*をとると共に、車速Ｖをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが“０”からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*が“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は操舵補助指令値Ｉ_M ^*が操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*が急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。

指令値補償部２２は、回転角センサ１７で検出されるモータ回転角θを微分してモータ角速度ωを算出する角速度演算部３１と、この角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出する角加速度演算部３２と、角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部３３と、角加速度演算部３２で算出されたモータ角加速度αに基づいて電動モータ１２の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部３４と、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を推定するＳＡＴ推定フィードバック部３５とを少なくとも有する。

ここで、収斂性補償部３３は、車速センサ１６で検出した車速Ｖ及び角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωが入力され、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、モータ角速度ωに車速Ｖに応じて変更される収斂性制御ゲインＫｖを乗じて収斂性補償値Ｉｃを算出する。

また、ＳＡＴ推定フィードバック部３５は、操舵トルクＴ、角速度ω、角加速度α及び操舵補助トルク指令値演算部２１で算出した操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*が入力され、これらに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを推定演算する。このセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する原理は、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図５に示して説明する。すなわち、ドライバがステアリングホイール１を操舵することによって操舵トルクＴが発生し、その操舵トルクＴに従って電動モータ１２がアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪Ｗが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生する。また、その際、電動モータ１２の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってステアリングホイール１の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記（１）式のような運動方程式が得られる。
J・α+ Fr・sign(ω) + SAT = Tm + T …（１）
ここで、上記（１）式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクＳＡＴについて解くと下記（２）式が得られる。
SAT(s) = Tm(s) + T(s) − J・α(s) + Fr・sign(ω(s)) …（２）

上記（２）式から分かるように、電動モータ１２の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω、回転角加速度α、アシストトルクＴｍ及び操舵トルクＴよりセルフアライニングトルクＳＡＴを推定することができる。ここで、アシストトルクＴｍは操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*に比例するので、アシストトルクＴｍに代えて操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*を適用する。

そして、慣性補償部３４で算出された慣性補償値Ｉｉ及びＳＡＴ推定フィードバック部３５で算出されたセルフアライニングトルクＳＡＴが加算器３６で加算され、この加算器３６の加算出力と収斂性補償部３３で算出された収斂性補償値Ｉｃとが加算器３７で加算されて指令補償値Ｉｃｏｍが算出され、この指令補償値Ｉｃｏｍが操舵補助トルク指令値演算部２１から出力される操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*に加算器３８で加算されて補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′が算出され、この補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′がｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３に出力される。

また、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３は、補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′とモータ角速度ωとに基づいてｄ軸目標電流Ｉｄ^*を算出するｄ軸目標電流算出部５１と、モータ回転角θ及びモータ角速度ωに基づいてｄ−ｑ軸誘起電圧モデルＥＭＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ）のｄ軸ＥＭＦ成分ｅd(θ)及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅq(θ)を算出する誘起電圧モデル算出部５２と、この誘起電圧モデル算出部５２から出力されるｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ(θ)及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ(θ)とｄ軸目標電流算出部５１から出力されるｄ軸目標電流Ｉｄ^*と補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′とモータ角速度ωとに基づいてｑ軸目標電流Ｉｑ^*を算出するｑ軸目標電流算出部５３と、ｄ軸目標電流算出部５１から出力されるｄ軸目標電流Ｉｄ^*とｑ軸目標電流算出部５３から出力されるｑ軸目標電流Ｉｑ^*とを３相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*及びＩｗ^*に変換する２相／３相変換部５４とを備えている。

モータ電流制御部２４は、電動モータ１２の各相コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに供給されるモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを検出するモータ電流検出部６０と、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３の２相／３相変換部５４から入力される電流指令値Ｉｕ^*，Ｉｖ^*及びＩｗ^*からモータ電流検出部６０で検出したモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを個別に減算して各相電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗを求める減算器６１ｕ、６１ｖ及び６１ｗと求めた各相電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗに対して比例積分制御を行って電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを算出するＰＩ電流制御部６２とを備えている。

また、モータ電流制御部２４は、ＰＩ電流制御部６２から出力される電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗが入力されて、これら電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいてデューティ演算を行って各相のデューティ比Ｄｕ_B、Ｄｖ_B及びＤｗ_Bを算出すると共に、デューティ比Ｄｕ_B、Ｄｖ_B及びＤｗ_Bを所定値例えば３％に制限した制限デューティ比Ｄｕ_L、Ｄｖ_L及びＤｗ_Lを算出し、これらを後述する選択信号形成部６９から入力される選択信号ＳＬによって選択するデューティ比制限部としてのデューティ演算／制限演算部６４ｕ、６４ｖ及び６４ｗを備えている。

ここで、ディーティ演算／制限演算部６４ｕは、図３に示すように、ＰＩ電流制御部６２から出力される電圧指令値Ｖｕに基づいて正負のデューティ比Ｄｕ_Bを演算するデューティ比演算部６４ａと、このデューティ比演算部６４ａで算出されたデューティ比Ｄｕ_Bを所定値例えば３％に制限するリミッタ６４ｂと、デューティ比演算部６４ａから出力されるテューティ比Ｄｕ_B及びリミッタ６４ｂから出力される制限デューティ比Ｄｕ_Lが入力され、これらを入力される選択信号ＳＬが論理値“０”であるときにデューティ比Ｄｕ_Bを選択し、論理値“１”であるときに制限デューティ比Ｄｕ_Lを選択する選択スイッチ部６４ｃとで構成されている。また、他のデューティ演算／制限演算部６４ｖ及び６４ｗも上記デューティ演算／制限演算部６４ｕと同様の構成を有する。

さらに、モータ電流制御部２４は、デューティ演算／制限演算部６４ｕ、６４ｖ及び６４ｗから出力されるデューティ比に基づいてパルス幅変調を行ってパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調部６５と、このパルス幅変調部６５から出力される選択パルス幅変調信号が入力されて３相モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを電動モータ１２に出力するインバータ６６と、モータ電流検出部６０で検出したモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗと角加速度演算部３２で演算される回転角加速度αとに基づいてモータトルクＴｍａを検出するモータトルク検出部６７と、このモータトルク検出部６７で検出したモータトルクＴｍａを微分してモータトルク変化率ΔＴｍａを演算するモータトルク変化率検出部としての微分回路６８と、この微分回路６８で演算したモータトルク変化率ΔＴｍａが操舵限界を判断する閾値ΔＴｔｈ未満であるときに論理値“０”の選択信号ＳＬを出力し、閾値ΔＴｔｈ以上であるときに論理値“１”の選択信号ＳＬを出力する選択信号形成部６９とを備えている。

ここで、モータトルク検出部６７は、モータ電流検出部６０で検出されたモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する３相／２相変換部６７ａと、この３相／２相変換部６７ａで変換したｑ軸電流Ｉｑと、角加速度演算部３２で演算される回転角加速度αから下記（３）式の演算を行ってモータトルクＴｍａを算出するモータトルク演算部６７ｂとを備えている。
Ｔｍａ= Ｋｔ・Ｉｑ−Ｊｍ・α ……（３）
ここで、Ｋｔはモータのトルク定数、Ｊｍはモータのロータ部の慣性モーメントである。

また、選択信号形成部６９は、微分回路６８で算出したモータトルク変化率ΔＴｍａがステアリングギヤ８のラック軸８ｃがラックストロークエンドに達するか又はタイヤが縁石等に接触してこれ以上の転舵ができない操舵限界位置となったときに生じる通常の操舵では発生することがない大きな傾きのモータトルクを判別する閾値ΔＴｔｈ（例えば１５０Nm／ｓｅｃ）以上であるか否かを判定し、ΔＴｍａ＜ΔＴｔｈであるときにはラックストロークエンドに達していないものと判断して論理値“０”の選択信号ＳＬを出力し、ΔＴｍａ≧ΔＴｔｈであるときにはラックストロークエンドに達したものと判断じて論理値“１”の選択信号ＳＬを出力する。

ここで、ラック軸８ｃが操舵限界位置に到達したときのモータトルク演算部６７ｂから出力されるモータトルク波形は、図６に示すように、時点ｔ１でラック軸８ｃが操舵限界位置となったものとすると、ラック軸８ｃの車幅方向の移動が停止され、これによってピニオンシャフト７、ユニバーサルジョイント６、中間シャフト５、ユニバーサルジョイント４、ステアリングシャフト２の出力軸２ｂを介し、さらに減速ギヤ１１を介して電動モータ１２の回転が停止されるので、電動モータ１２に供給されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが急増し、且つモータの慣性モーメントによるトルクが加わることにより、モータトルクＴｍａが通常の操舵では発生しないような大きな傾きで増加し（図６の例では１７５Nm／ｓｅｃ程度）、その後過電流保護回路の動作によってモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが徐々に減少されることにより、モータトルクＴｍａが徐々に減少する。このため、モータトルク変化率ΔＴｍａの閾値ΔTｔｈを所定値（例えば１５０Nm／ｓｅｃ程度）に設定することにより、操舵限界位置を確実に検出することができる。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両の走行を開始するために、イグニッションスイッチＩＧをオン状態とすることにより、コントローラ１５に電源が投入されて、操舵補助制御処理が実行開始される。
このため、操舵トルクセンサ１４で検出した操舵トルクＴ、車速センサ１６で検出した車速Ｖ、モータ電流検出部６０ｕ〜６０ｗで検出したモータ電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗ、回転角センサ１７で検出したモータ回転角θがコントローラ１５に供給される。

したがって、操舵補助トルク指令値演算部２１で、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて図４に示す操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*を算出する。
一方、回転角センサ１７で検出したモータ回転角θが角速度演算部３１に入力されてモータ角速度ωが算出され、このモータ角速度ωが角加速度演算部３２に入力されてモータ角加速度αが算出される。

そして、収斂性補償部３３でモータ角速度ωに基づいて収斂性補償値Ｉｃが算出され、慣性補償部３４でモータ角加速度に基づいて慣性補償値Ｉｉが算出され、さらにＳＡＴ推定フィードバック部３５でモータ角速度ω及びモータ角加速度αに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴが算出され、これらが加算器３６及び３７で加算されて指令値補償値Ｉｃｏｍが算出され、これが加算器３８で操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*に加算されて補償後操舵補助トルク指令値補償値Ｉ_M ^*′が算出される。

そして、算出された補償後操舵補助トルク指令値補償値Ｉ_M ^*′がｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３に供給される。 このとき、車両が停止状態にあって、ステアリングホイール１が操舵されていない状態では、操舵トルクセンサ１４で検出される操舵トルクＴが“０”であり、車速センサ１６で検出される車速Ｖも“０”であるので、操舵補助トルク指令値演算部２１で算出される操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*も“０”となっている。また、角速度演算部３２で演算される回転角加速度αも“０”となっている。

一方、電動モータ１２が停止状態にあるので、モータ電流検出部６０で検出したモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗも“０”であり、このモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを３相／２相変換部６７ａで変換したｑ軸電流Ｉｑも“０”となる。このため、モータトルク検出部６７で検出されるモータトルクＴｍａも“０”となり、微分回路６８で演算されるモータトルク変化率ΔＴｍａも“０”であり、これが選択信号形成部６９に供給され、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ未満であるので、論理値“０”の選択信号ＳＬがデューティ演算／制限演算部６４ｕ〜６４ｗに出力される。このため、デューティ演算／制限演算部６４ｕ〜６４ｗでデューティ比演算部６４ａから出力されるデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bが選択されて、これらデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bがパルス幅変調部６５に入力されることにより、このパルス幅変調部６５からインバータ６６を構成する上アーム部及び下アーム部の各スイッチング素子のゲートを駆動するパルス幅変調信号がインバータ６６に供給される。

このとき、前述したように、補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′が“０”であり、この補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′がｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３に供給されるので、このｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３でモータ回転角θ及びモータ角速度ωに基づいてｄ−ｑ軸座標系での指令値演算が行われて、ｄ軸目標電流Ｉｄ^*及びｑ軸目標電流Ｉｑ^*が算出され、これらｄ軸目標電流Ｉｄ^*及びｑ軸目標電流Ｉｑ^*が２相／３相変換部５４で夫々“０”の３相電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*に変換されてモータ電流制御部２４に出力される。

このモータ電流制御部２４では、モータ電流検出部６０で検出されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗも“０”であることから、減算器６１ｕ〜６ｗから出力される電流偏差ΔＩｕ〜ΔＩｗも“０”となり、ＰＩ電流制御部６２から出力される電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗも“０”となって、デューティ演算／制限演算部６４から出力されるデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bが０％となり、これに応じたパルス幅変調信号がパルス幅変調部６５からインバータ６６に供給されるので、このインバータ６６から出力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗも“０”となって、電動モータ１２が停止状態を継続する。

この電動モータ１２の停止状態で、ステアリングホイール１を右切り（又は左切り）操舵する所謂据え切りを行うと、操舵トルクセンサ１４で操舵方向に応じた操舵トルクＴが検出され、この操舵トルクＴがコントローラ１５に供給されることにより、操舵補助トルク指令値演算部２１で、車速Ｖが“０”であるので、一番内側の特性曲線が選択されて操舵トルクＴの増大に応じて早めに大きな値となる操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*が算出され、この操舵補助指令値Ｉ_M ^*が加算器３８に出力される。また、操舵により回転角加速度αが出力される。

このため、加算器３８によって、指令値補償部２２で算出された指令補償値Ｉｃｏｍが加算されて補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′が算出され、この補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′がｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３に供給される。
このｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３で、補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′に応じた値のｄ軸目標電流Ｉｄ^*及びｑ軸目標電流Ｉｑ^*が算出され、これらが２相／３相変換部５４で３相の電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*に変換されてモータ電流制御部２４に出力される。

したがって、モータ電流制御部２４では、モータ電流検出部６０で検出されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが“０”であるので、減算器６１ｕ〜６１ｗから出力される電流偏差ΔＩｕ〜ΔＩｗは電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*がそのままＰＩ電流制御部６２に供給されることにより、このＰＩ電流制御部６２にＰＩ制御処理が行われて、電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗがデューティ演算／制限演算部６４ｕ〜６４ｗに出力される。

この状態では、微分回路６８で演算されるモータトルク変化率ΔＴｍａは回転角速度αによる変化率のみなので、操舵限界位置到達時のモータトルク変化率よりは小さく、選択信号形成部６９では論理値“０”の選択信号ＳＬの出力を継続しており、デューティ演算／制限演算部６４ｕ〜６４ｗでは選択スイッチ部６４ｃでデューティ比演算部６４ａから出力される電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗに応じたデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bを選択しているので、これらデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bに応じたパルス幅変調信号がパルス幅変調部６５からインバータ６６に供給される。このため、インバータ６６からモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが出力されて電動モータ１２が回転駆動されて、操舵トルクＴに応じた操舵補助トルクが発生され、これが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達されるので、据え切り状態での操舵を軽く行うことができる。

このとき、モータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが急激に増加し、回転角速度αが発生しているが、この場合のモータトルク変化率ΔＴｍａは、前述したように操舵限界位置到達時のモータトルク変化率よりは小さく、閾値ΔTｔｈより小さい値となるので、選択信号形成部６９では論理値“０”の選択信号ＳＬを継続して出力することにより、デューティ演算／制限演算部６４の選択スイッチ部６４ｃでデューティ比演算部６４ａから出力される電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗに応じたデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bを選択する状態が継続される。

その後、車両を発進させると、車速センサ１６で検出される車速Ｖが増加することにより、走行中にステアリングホイール１を操舵したときに、操舵補助トルク指令値演算部２１で算出される操舵補助トルク指令値は図４のマップで車速Ｖが速くなるほど外側の特性曲線が選択されることになるので、操舵トルクＴの増加に対応する操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*の増加量が少なくなることにより、電動モータ１２で発生される操舵補助トルクも据え切り時に比較して小さい値となり、車速Ｖに応じた最適の操舵補助トルクを発生させることができる。

ところで、前述した据え切り状態や車庫入れ等の極低速走行状態でステアリングホイール１を右又は左に操舵限界位置まで比較的速い操舵を行うと、操舵限界位置に達するまでは、前述したように、コントローラ１５で、そのときの操舵トルクセンサ１４で検出される操舵トルクＴに応じたモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが形成されて、これらが電動モータ１２に供給されて、軽い操舵を行うことができる。

このとき、据え切り状態や極低速走行状態での操舵であるので、操舵トルクＴが大きく、パルス幅変調部６３から出力されるパルス幅変調信号のデューティ比は略１００％に近い状態となっている。 この状態で、ラック軸８ｃの緩衝部材８ｅがストッパ部材８ｆに当接するラックストロークエンドに達したり、タイヤが縁石等に接触したりして操舵限界位置に達すると、ラック軸８ｃの移動が停止されることにより、ピニオン８ｂ、ピニオンシャフト７、ユニバーサルジョイント６、中間シャフト５、ユニバーサルジョイント４、ステアリングシャフト２の出力軸２ｂの回転が停止し、これに応じて減速ギヤ１１を介して電動モータ１２の回転も停止される。

このとき、コントローラ１５では、パルス幅変調部６３から出力されるパルス幅変調信号のデューティ比が１００％に近い状態であるため、インバータ６６から出力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが急増し、且つモータの慣性モーメントによるトルクが加わる。このときのモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗがモータ電流検出部６０で検出され、回転角加速度αが角加速度演算部３２で演算されてモータトルク検出部６７に供給される。このため、モータトルク検出部６７のモータトルク演算部６７ｂから出力されるモータトルクＴｍａが図６に示すように急勾配で増加する状態となり、微分回路６８から出力されるモータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上となる。

この閾値ΔＴｔｈ以上となるモータトルク変化率ΔＴｍａが選択信号形成部６９に供給されることにより、この選択信号形成部６９で論理値“１”の選択信号ＳＬがデューティ演算／制限演算部６４の選択スイッチ部６４ｃに出力される。このため、選択スイッチ部６４ｃでリミッタ６４ｂから出力される低デューティ比の制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lが選択されてパルス幅変調部６５に供給され、このパルス幅変調部６５で制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lに応じたパルス幅変調信号がインバータ６６に供給される。

したがって、インバータ６６から出力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが減少されて、電動モータ１２で発生する操舵補助トルクが減少し、中間シャフト５に伝達される伝達トルクのピーク値が図７で実線図示の特性曲線Ｌ１で示すように、デューティ比制限制御を行わない場合の破線図示の特性曲線Ｌ２に比較してトルクのピーク値を抑制することができ、中間シャフト等のトルク伝達部材の耐久性を向上させることができる。

しかも、モータ電流検出部６０で検出したモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗと角加速度演算部３２で演算された回転角加速度αに基づいてモータトルク検出部６７でモータトルク値Ｔｍａを検出し、これを微分回路６８で微分してモータトルク変化率ΔＴｍａを演算し、その演算結果と閾値ΔＴｔｈと比較することにより、端当て状態やタイヤが縁石に接触した状態の操舵限界位置を検出するので、操舵限界位置に達した時から短時間（例えば１０ｍｓｅｃ程度）で操舵限界位置状態を検出することができる。この操舵限界位置検出時から短時間（例えば２０ｍｓｅｃ程度）で電動モータ１２によって発生する操舵補助トルクを制限することができるので、ラック軸８ｃに緩衝部材８ｅを設けない場合の操舵限界位置到達時から中間シャフト５にピークトルクが発生するまでの時間（約３０ｍｓｅｃ程度）内に操舵補助トルク制限を行うことが可能となり、中間シャフトに発生するトルクを低減して、中間シャフト５の耐久性を向上させることができる。しかも、この効果を別途舵角センサ等のセンサを設けることなく発揮することができる。

また、上記実施形態では、ラック軸８ｃに緩衝部材８ｅが設けられているので、ラックエンドストロークに達した端当て時に、緩衝部材８ｅの縮み代分中間シャフト５にピークトルクが発生する時間を遅延させることができ、中間シャフト５に発生するトルクをより確実に低減させることができる。
なお、上記実施形態においては、ラック軸８ｃに緩衝部材８ｅを設けることにより、端当て時から中間シャフト５にピークトルクが発生するまでの時間を遅延させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、中間シャフト５の両端に取付けたユニバーサルジョイント４及び６のヨーク４ａ，４ｂ及び６ａ，６ｂをプレス成形することにより、高強度の鍛造成形ヨークに対して剛性を低下させて、操舵限界位置への到達時から中間シャフト５にピークトルクが発生するまでの時間を長くすることができる。この場合には、ヨークをプレス成形するので、鍛造成形ヨークより低コストで製作することができると共に、操舵限界位置への到達時から中間シャフト５にピークトルクが発生するまでの時間を長くできるので、演算処理能力の低いマイクロコンピュータ等の演算処理装置を適用することができ、よりコストを低減することができる利点がある。

また、上記実施形態においては、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上であるときに、操舵限界位置であると判断して、デューティ演算／制限演算部６４のデューティ比演算部６４ａから出力される操舵トルクに応じたデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bに代えてリミッタ６４ｂから出力される低デューティ比の制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lを選択する場合について説明したが、これに限定されるものでなく、図８に示すように、モータトルク演算部６７ｂで演算したモータトルクＴｍａも選択信号形成部６９に入力して、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上であり、且つモータトルクＴｍａが所定値（例えば２．０Ｎｍ）以上であるときを操舵限界位置検出条件としたり、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上であり、且つモータトルクＴｍａが所定値（例えば２．０Ｎｍ）以上を所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）継続したときを操舵限界位置検出条件としたりすることにより、より正確に操舵限界位置到達状態を検出することができる。この場合には、通常操舵時に、車両が例えばベルジアン路（石畳路）等で制動を行うことにより、タイヤから大きな振動荷重が入力されるときがあり、この振動荷重が大きいと電動モータ１２のモータ電流の傾きが大きくなる傾向があるが、タイヤからの振動荷重に対して継続して大きな電流が流れることはないので、この走行状態を誤検出することを確実に防止することができる。

さらに、上記実施形態においては、選択信号形成部６９でトルク変化率ΔＴｍａと比較する閾値ΔＴｔｈが固定値である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、車速センサ１６で検出した車速Ｖを選択信号形成部６９に入力し、この選択信号形成部６９で図１０に示す閾値設定処理を実行して、操舵限界を判断する閾値ΔＴｔｈを車速Ｖに応じて変更するようにしてもよい。

すなわち、図１０の閾値設定処理では、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ３１で、車速センサ１６で検出した車速Ｖを読込み、次いでステップＳ３２に移行して、読込んだ車速Ｖをもとに図１１に示す閾値算出テーブルを参照して閾値ΔＴｔｈを算出し、次いでステップＳ３３に移行して、算出した閾値ΔＴｔｈを後述する操舵限界位置検出処理で参照可能なＲＡＭ等の所定の記憶領域に記憶してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

ここで、図１１の閾値算出テーブルは、車速Ｖが“０”のときに、所定値ΔＴｔｈ１となり、これより車速Ｖが増加するに従って閾値ΔＴｔｈが増加するように設定されている。
この図１０の処理が閾値設定手段に対応している。
このように、操舵限界を判断する閾値ΔＴｔｈを車速Ｖの増加に応じて増加させることにより、車速が速くなるに応じて端当て状態まで操舵することはなくなるので、端当て状態の誤検出を確実に防止することができる。

なお、図１０の閾値設定処理では、図１１に示す閾値算出テーブルを使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１１の特性線を一次方程式で表し、この方程式に車速Ｖを代入して閾値ΔＴｔｈを算出するようにしてもよい。また、閾値の設定をソフトウェアで行う場合に限らず、関数発生器等のハードウェアを使用して車速Ｖに応じた閾値ΔＴｔｈの設定を行うようにしてもよい。

また、操舵限界位置が生じるのは、ステアリングホイール１を切り増し方向に操舵する場合のみであることから、モータトルクＴｍａの符号とモータトルク変化率ΔＴｍａの符号とが一致する切り増し状態であり、且つモータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上であるときを操舵限界位置検出条件とするようにしてもよく、この場合には、ラックエンドから離れる方向への操舵時にモータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上となった場合の誤検出を確実に防止することができる。

さらに、図１２に示すように、モータトルクＴｍａに代えて角速度演算部３１で算出されるモータ角速度ωを選択信号形成部６９に供給することにより、モータ角速度ωが所定値以上で且つモータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上であるときを操舵限界位置検出条件とすることもできる。この場合には、モータ角速度ωとして操舵限界位置到達時のモータ角速度ωは図１３に示すように急激に角速度が低下するので、操舵限界位置となる直前のモータ角速度（所定時間前（例えば２０ｍｓｅｃ程度前）のモータ角速度）を使用する。このように、モータ角速度ωを操舵限界位置検出条件に入れることにより、モータ角速度ωが所定値より小さい状態では、操舵限界位置到達時の衝撃荷重も小さく、中間シャフト５に伝達される伝達トルクのピーク値も小さいので、小さい値の固定デューティ比を使用する操舵補助トルク制限を行う必要がないが、モータ角速度ωが所定値以上である場合には、操舵限界位置到達時の衝撃荷重が大きくなるので、中間シャフト５に伝達され伝達トルクのピーク値も大きくなることから操舵補助トルク制限を行って中間シャフト５に伝達されるピークトルクを確実に減少させる。

さらにまた、上記実施形態においては、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上であるときに、制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lを選択する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lの継続時間を所定時間（例えば２０ｍｓｅｃ程度）に設定し、制限デューティ比状態を所定時間継続した後にデューティ演算／制限演算部６４の選択スイッチ部６４ｃを通常時のデューティ比演算部６４ａから出力される電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗに応じたデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bを選択する状態に復帰させるようにしてもよい。

この場合には、長い時間制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lによる操舵補助トルク制限を継続すると、運転者に違和感を与えることになるおそれがあるので、中間シャフト５に発生する伝達トルクのピークを低減するに十分な短い時間だけ制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lによる操舵補助トルク制限を継続させて運転者に与える違和感を抑制することが好ましい。

このため、モータ角速度ωが大きいときには衝撃荷重も大きいので、制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lによる操舵補助トルク制限を継続する時間を比較的長く設定し、逆にモータ角速度ωが小さいときには衝撃荷重が小さいので、制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lによる操舵補助トルク制限を継続する時間を比較的短く設定することが好ましい。

なおさらに、上記実施形態においては、操舵限界位置検出時に、比較的小さい値の制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lのパルス幅変調信号をインバータ６６に供給して電動モータ１２を制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、パルス幅変調部６５でインバータ６６の上アーム部（又は下アーム部）を構成する３つのスイッチング素子に対するパルス幅変調信号のデューティ比を０％とし、下アーム部（又は上アーム部）を構成する３つのスイッチング素子に対するパルス幅変調信号のデューティ比を１００％に固定することにより、電動モータ１２の各コイルを短絡状態の閉回路とすることにより、電磁ブレーキモードとし、電動モータ１２のロータの慣性力が中間シャフト５に伝達されないようにすることもできる。

また、上記実施形態においては、制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lを例えば３％に設定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータ１２の特性に合わせて任意の固定デューティ比を設定することができる。
さらに、上記実施形態においては、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３に２相／３相変換部５４を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２相／３相変換部５４を省略し、これに代えてモータ電流検出部６０の出力側に３相／２相変換部を設け、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換し、２つの減算部でｄ軸目標電流Ｉｄ^*及びｑ軸目標電流Ｉｑ^*とモータのｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとの偏差を算出するようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、コントローラ１５をハードウェアで構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、マイクロコンピュータを適用して操舵補助トルク指令値演算部２１、指令値補償部２２、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２３及びモータ制御部２４の減算器６１ｕ〜６１ｗ、ＰＩ電流制御部６２、デューティ制御／制限制御部６４、パルス幅変調部６５、モータトルク検出部６７、モータトルク変化率検出部としての微分回路６８及び選択信号形成部６９の機能をソフトウェアで処理することもできる。この場合の処理としては、マイクロコンピュータで図１４に示す操舵補助制御処理及び図１５に示す操舵限界位置検出処理を実行するようにすればよい。

ここで、操舵補助制御処理は、図１４に示すように、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）毎にタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ０で、後述する操舵限界位置検出処理で設定される端当て検出フラグＦが操舵限界位置に到達したことを検出したことを表す“１”にセットされているか否かを判定し、操舵限界位置検出フラグＦが“０”にリセットされているときにはステップＳ１に移行する。このステップＳ１では、操舵トルクセンサ１４、車速センサ１６、回転角センサ１７、電流検出回路６０等の各種センサの検出値を読込み、次いでステップＳ２に移行して、操舵トルクＴをもとに前述した図４に示す操舵補助トルク指令値算出マップを参照して操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*を算出してからステップＳ３に移行する。

このステップＳ３では、モータ回転角θを微分してモータ角速度ωを算出し、次いでステップＳ４に移行して、モータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出し、次いでステップＳ５に移行して、収斂性補償部３３と同様にモータ角速度ωに車速Ｖに応じて設定された補償係数Ｋｖを乗算して収斂性補償値Ｉｃを算出してからステップＳ６に移行する。
このステップＳ６では、慣性補償部３４と同様に、モータ角加速度αに基づいて慣性補償値Ｉｉを算出し、次いでステップＳ７に移行してＳＡＴ推定フィードバック部３５と同様にモータ角速度ω及びモータ角加速度αをもとに前述した（２）式の演算を行ってセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する。

次いで、ステップＳ８に移行して、操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*にステップＳ４〜Ｓ６で算出した収斂性補償値Ｉｃ、慣性補償値Ｉｉ及びセルフアライニングトルクＳＡＴを加算して補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′を算出し、次いでステップＳ９で算出した操舵補助トルク指令補償値Ｉ_M ^*′にｄ−ｑ軸電流指令値演算部２４と同様のｄ−ｑ軸指令値演算処理を実行してｄ軸目標電流Ｉｄ^*及びｑ軸目標電流Ｉｑ^*を算出し、次いでステップＳ１０に移行して２相／３相変換処理を行ってモータ電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*を算出する。

次いで、ステップＳ１１に移行して、モータ電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*からモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを減算して電流偏差ΔＩｕ〜ΔＩｗを算出し、次いでステップＳ１２に移行して、電流偏差ΔＩｕ〜ΔＩｗについてＰＩ制御処理を行って電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗを算出し、次いでステップＳ１３に移行して算出した電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗに基づいてデューティ比Ｄｕ_B〜Ｄｗ_Bを演算してからパルス幅変調処理を行ってインバータゲート信号を形成し、次いでステップＳ１４に移行して、形成したインバータゲート信号をインバータ６６に出力してから操舵補助制御処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

一方、ステップＳ０の判定結果が、操舵限界位置検出フラグＦが“１”にセットされているときには、操舵限界位置到達時であるものと判断してステップＳ１５に移行して、前述したリミッタ６４ｂと同様の例えば３％に設定した制限デューティ比Ｄｕ_L〜Ｄｗ_Lを算出してからパルス幅変調処理を行ってインバータゲート信号を形成してから前記ステップＳ１４に移行する。

また、操舵限界位置検出処理は、図１５に示すように、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ２１で、モータ電流検出部６０から入力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを読込み、次いでステップＳ２２に移行して、読込んだモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを３相／２相変換処理してｑ軸電流Ｉｑを算出してからステップＳ２３に移行する。

このステップＳ２３では、算出したｑ軸電流ＩｑとステップＳ４で求められたモータ角加速度αから前述した（３）式に基づき、モータトルクＴｍａを算出する。次いで、ステップＳ２３′に移行して、算出したモータトルクＴｍａを微分してモータトルク変化率ΔＴｍａを算出し、次いでステップＳ２４に移行して、算出したモータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ以上であるか否かを判定し、ΔＴｍａ≧ΔＴｔｈであるときには操舵限界位置であると判断してステップＳ２５に移行して、操舵限界位置検出フラグＦを“１”にセットしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰し、ΔＴｍａ＜ΔＴｔｈであるときには操舵限界位置ではないと判断してステップＳ２６に移行して、操舵限界位置検出フラグＦを“０”にリセットしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

この図１４及び図１５の処理において、図１４のステップＳ２の処理が電流指令値演算部に対応し、ステップＳ３〜Ｓ１４の処理及びインバータ６６がモータ制御部に対応し、図１５のステップＳ２１〜Ｓ２３の処理がモータトルク検出部に対応し、ステップＳ２３′の処理がモータトルク変化率検出部に対応し、ステップＳ２４〜Ｓ２６の処理及び図１４のステップＳ０、Ｓ１６の処理がデューティ比制限部に対応している。

マイクロコンピュータで、図１４の操舵補助制御処理及び図１５の操舵限界位置検出処理を実行することにより、前述した実施形態と同様にラック軸８ｃがラックストロークエンドに達した端当て時やタイヤが縁石等に当接した時などの操舵限界位置に到達した時に、インバータ６６に供給するインバータゲート信号のデューティ比を小さい値に制限することにより、インバータ６６から出力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを小さい値として電動モータ１２で発生する操舵補助トルクを減少させて、中間シャフト５に伝達される伝達トルクのピーク値を低減させることができ、中間シャフト５の耐久性を向上させることができる。

なおさらに、上記実施形態においては、本発明をブラシレスモータに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシ付きモータに適用する場合には、図１６に示すように、角速度演算部３１でモータ電流検出部６０から出力されるモータ電流検出値Ｉｍ及び端子電圧検出部７０から出力されるモータ端子電圧Ｖｍに基づいて下記（４）式の演算を行ってモータ角速度ωを算出すると共に、ｄ−ｑ軸指令値演算部２３を省略して補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′を直接モータ制御部２４に供給し、さらにモータ制御部２４を夫々１つの減算部６１、ＰＩ電流制御部６２、デューティ演算／制限演算部６４で構成し、モータトルク検出部６７でモータ電流Ｉｍと回転角加速度αからモータトルクＴｍａを求め、さらにモータトルク変化率検出部としての微分回路６８でモータトルクＴｍａを微分してモータトルク変化率ΔＴｍａを算出するようにし、選択信号形成部６９でモータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｔｈ未満であるか否かに応じて“０”及び“１”の選択信号ＳＬを出力するようにし、さらにインバータ６６をＨブリッジ回路７１に変更すればよい。
ω＝（Ｖｍ−Ｉｍ・Ｒｍ）／Ｋ0 …………（４）
ここで、Ｒｍはモータ巻線抵抗、Ｋ0はモータの起電力定数である。

また、上記各実施形態においては、デューティ演算／制限演算部６４ｕ〜６４ｗ及び６４で、デューティ比演算部６４ａでデューティ比Ｄｕ_Bを演算してからリミッタ６４ｂで制限デューティ比Ｄｕ_Lを算出し、これらを選択スイッチ部６４ｃで選択する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗ、Ｖ^*をリミッタで所定値に制限し、電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗ、Ｖ^*と制限電圧指令値Ｖｕ_L〜Ｖｗ_L、Ｖ^*とを選択スイッチ部で選択し、選択されて指令値にデューティ比演算部でデューティ比Ｄｕ〜Ｄｗ、Ｄを演算するようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態においては、モータトルク検出部６７をモータ電流Ｉｑ，Ｉｍとモータ回転角加速度αとに基づいてモータトルクＴｍａを検出するように構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータ１２の出力軸、減速ギヤ１１の入出力軸等のトルク伝達軸に磁歪式トルクセンサなどのトルクセンサを配設して直接モータトルクＴｍａを検出するようにしてもよい。

本発明の第１の実施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。 ステアリングギヤの具体的構成を示す一部を断面とした正面図である。 本発明に係るコントローラの具体例を示すブロック図である。 車速をパラメータとした操舵補助トルク指令値との関係を示す操舵補助トルク指令値算出マップを示す特性線図である。 セルフアライニングトルクの説明に供する模式図である。 操舵限界到達時のモータトルク変化を示す信号波形図である。 中間シャフトに伝達されるトルク特性を示す特性線図である。 本発明の他の実施形態を示すブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態を示すブロック図である。 図９の選択信号形成部で実行する閾値設定処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１０の閾値設定処理で使用する閾値算出テーブルを示す特性線図である。 本発明のなおさらに他の実施形態を示すブロック図である。 操舵限界到達時のモータトルク及びモータ角速度を示す特性線図である。 マイクロコンピュータで実行する操舵補助制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 マイクロコンピュータで実行する操舵限界位置検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 ブラシ付きモータを適用した場合の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

ＳＭ…ステアリング機構、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…出力軸、３…ステアリングコラム、４，６…ユニバーサルジョイント、５…中間シャフト、８…ステアリングギヤ、８ａ…ギヤハウジング、８ｂ…ピニオン、８ｃ…ラック軸、８ｅ…緩衝部材、８ｆ…ストッパ部材、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１４…操舵トルクセンサ、１５…コントロールユニット、１６…車速センサ、１７…回転センサ、２１…操舵補助トルク指令値演算部、２２…指令値補償部、２３…ｄ−ｑ軸電流指令値演算部、２４…モータ電流制御部、３１…角速度演算部、３２…角速度演算部、３３…収斂性補償部、３４…慣性補償部、３５…ＳＡＴ推定フィードバック部、３６〜３８…乗算器、６０…モータ電流検出部、６１ｕ〜６１ｗ…減算部、６２…ＰＩ電流制御部、６３…パルス幅変調部、６４…固定デューティ比パルス幅変調部、６５…信号選択部、６６…インバータ、６７…モータトルク検出部、６７ａ…３相／２相変換部、６７ｂ…モータトルク演算部、６８…微分回路（モータトルク変化率検出部）、６９…選択信号形成部

Claims (14)

1. ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータをパルス幅変調信号によって駆動制御するモータ制御部とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記モータ制御部は、前記電動モータと前記ステアリングシャフト間に発生しているモータトルクを検出するモータトルク検出部と、該モータトルク検出部で検出したモータトルクの変化率を演算するモータトルク変化率検出部と、該モータトルク変化率検出部で演算したモータトルクの変化率が操舵限界を判断する閾値以上であるときにデューティ比制限条件を満足したものと判断して前記パルス幅変調信号のデューティ比を前記ステアリング機構の前記ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する所定値に固定するデューティ比制限部とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータトルク検出部は、前記電動モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記電動モータの回転角加速度を検出する回転角加速度検出部と、前記駆動電流検出部で検出したモータ駆動電流と前記回転角加速度検出部で検出した回転角加速度から前記電動モータと前記ステアリングシャフトとの間に発生しているトルクを演算するモータトルク演算部とを備えてい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. 前記モータトルク検出部は、前記電動モータの出力軸から前記ステアリングシャフトに至る間のトルク伝達軸に配設した磁歪式トルクセンサで構成されてい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。
4. 前記デューティ比制限部は、前記モータトルクの変化率が閾値以上で、且つ前記モータトルク検出部で検出したモータトルクの絶対値が所定値以上であるときにデューティ比制限条件を満足したものと判断してデューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記デューティ比制限部は、前記モータトルクの変化率が閾値以上で、且つ前記モータトルク検出部で検出したモータトルクの絶対値が所定値以上である状態を所定時間以上継続したときにデューティ比制限条件を満足したものと判断して前記デューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記デューティ比制限部は、前記デューティ比制限条件を満足したものと判断し、且つ前記モータトルクの変化率の符号とモータトルク演算値の符号とが一致した場合に、前記デューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記電動モータのモータ角速度を検出するモータ角速度検出手段を備え、前記デューティ比制限部は、前記デューティ比制限条件を満足したものと判断し、且つ前記モータ角速度検出手段で検出したモータ角速度が所定値以上である場合に、前記デューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記電動モータのモータ角速度を検出するモータ角速度検出手段を備え、前記デューティ比制限部は、前記デューティ比制限条件を満足したものと判断し、且つ前記モータ角速度検出手段で所定時間前に検出したモータ角速度が所定値以上である場合に、前記デューティ比を前記所定値に固定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記デューティ比制限部段は、デューティ比を前記所定値に固定してから所定時間が経過したときにデューティ比の前記所定値への固定を解除するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記デューティ比の前記所定値への固定を解除する所定時間はモータ角速度に基づいて設定されることを特徴とする請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 車速を検出する車速検出手段を有し、前記デューティ比制限部は、前記操舵限界を判断する閾値を前記車速検出手段で検出した車速の増加に応じて増加させる閾値設定手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記モータ制御部は、前記パルス幅変調信号によって駆動されて電動モータにモータ電流を供給するインバータを有し、前記デューティ比制限部は、前記デューティ比制限条件を満足したときに前記インバータの上アーム及び下アームの何れか一方を同時にオン状態として電磁ブレーキモードに制御するようにしたことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 前記ステアリング機構のトルク伝達部材は、ステアリングシャフトにプレス成形によって製作されたヨークを有するジョイントを介して接続された中間シャフトを有することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記ステアリング機構は、ステアリングギヤのラックストロークエンドに緩衝材を備えていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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