JP5245793B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵系に操舵補助力を付与する電動モータを有する操舵補助機構を備え、異常を検出したときに、運転者にこれを通知する電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置として、システムの異常を検出したとき、視覚及び聴覚の少なくとも一方を利用した異常通知と並行してハンドルに振動を与え、ハンドルへの振動付与に次いで操舵アシスト力を徐々に低下させるというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
実新第２５７５５２２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置にあっては、異常発生時の走行状態や操舵状態を考慮せずにハンドルに振動を発生させているため、場合によっては、運転者に違和感を与えるおそれがある。例えば、高速走行中に大きな振動を発生させた場合、運転者に対して非常に大きなストレスを与えると共に、この異常通知を起因として走行安定性に悪影響を与えるおそれがある。

また、上記特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置にあっては、モータにより一定周期で振動を発生させているので、発生させた振動周波数が路面反力によってステアリングに伝わる振動周波数と同等である場合、確実に異常通知を行うことができない。
そこで、本発明は、異常検出時に、運転者に対する異常通知を確実に行う電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、少なくとも操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、運転者による操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記電動モータの操舵補助制御の停止や操舵補助トルクの制限、所定の代替トルクによる操舵補助制御のフェールセーフ処理を実施する状態となる異常を検出する異常検出手段と、該異常検出手段で異常を検出したとき、前記走行状態検出手段で検出した走行状態及び前記操舵状態検出手段で検出した操舵状態の少なくとも１つに応じて、運転者に対して聴覚及び触覚の少なくとも一方を利用した警告信号を発生する報知手段とを備え、前記報知手段は、前記走行状態検出手段で検出した走行状態が、触覚を利用した警告信号を発生したときに、車両挙動が不安定となる可能性が高い走行状態であるとき、当該触覚を利用した警告信号の発生を制限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、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、少なくとも操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、運転者による操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記電動モータの操舵補助制御の停止や操舵補助トルクの制限、所定の代替トルクによる操舵補助制御のフェールセーフ処理を実施する状態となる異常を検出する異常検出手段と、該異常検出手段で異常を検出したとき、前記走行状態検出手段で検出した走行状態及び前記操舵状態検出手段で検出した操舵状態の少なくとも１つに応じて、運転者に対して聴覚及び触覚の少なくとも一方を利用した警告信号を発生する報知手段とを備え、前記報知手段は、前記走行状態検出手段で検出した走行状態が、触覚を利用した警告信号を発生したときに、車両挙動が不安定となる可能性が高い走行状態であるとき、聴覚を利用した警告信号を発生させた後、所定期間、運転者が当該警告信号を非認識であると判断してから、触覚を利用した警告信号を発生することを特徴としている。
また、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又は２に係る発明において、前記報知手段は、前記駆動制御を行うための各制御部により前記警告信号を発生することを特徴としている。

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１〜３の何れか１項に係る発明において、前記走行状態検出手段は、前記走行状態として、車速、エンジン回転数、車両加速度、ヨーレート及び路面摩擦状況の少なくとも１つを検出することを特徴としている。
さらにまた、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜４の何れか１項に係る発明において、前記操舵状態検出手段は、前記操舵状態として、操舵トルク、前記電動モータの回転角、操舵角及び前記電動モータの通電電流量の少なくとも１つを検出す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１〜５の何れか１項に係る発明において、前記報知手段は、前記走行状態検出手段で検出した走行状態及び前記操舵状態検出手段で検出した操舵状態の少なくとも１つに応じて、警告信号の種類及び警告信号のレベルの少なくとも一方を変更することを特徴としている。

また、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項６に係る発明において、前記報知手段は、前記操舵状態検出手段で検出した操舵状態が、操舵系に付与する操舵補助力が大きい操舵状態であるほど、警告信号レベルを大きく設定す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６又は７に係る発明において、前記報知手段は、前記異常検出手段で異常を検出して警告信号を発生させた後、所定期間、運転者が当該警告信号を非認識であると判断したとき、時間経過に伴って警告信号レベルを徐々に大きくすることを特徴としている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、システムの異常を検出したとき、走行状態及び操舵状態の少なくとも１つに応じて、運転者に対して聴覚及び触覚の少なくとも一方を利用した警告信号を発生するので、異常発生時の走行状態や操舵状態に見合った適切な異常通知を行って、運転者に対してストレスを与えることなく確実に異常発生を認識させることができると共に、異常通知に起因する著しい車両挙動変化を防止して走行安定性を向上させ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、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号１は、ステアリングホイールであり、この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入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端はトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、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を介してタイロッド９に伝達され、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、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂ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８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

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に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータとしての３相ブラシレスモータ１２とを備えている。
トルクセンサ３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、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介装した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。

また、３相ブラシレスモータ１２は、図２に示すように、Ｕ相コイルＬｕ、Ｖ相コイルＬｖ及びＷ相コイルＬｗの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗの他端が操舵補助制御装置２０に接続されて個別にモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗが供給される。また、３相ブラシレスモータ１２は、ロータの回転位置を検出するレゾルバ、エンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路１３を備えている。

操舵補助制御装置２０には、図２に示すように、トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ２１で検出された車速検出値Ｖｓが入力されると共に、ロータ位置検出回路１３で検出されたモータ回転角θが入力され、さらに３相ブラシレスモータ１２の各相コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに供給されるモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを検出するモータ電流検出回路２２から出力されるモータ駆動電流検出値Ｉｕｄ、Ｉｖｄ及びＩｗｄが入力される。

この操舵補助制御装置２０は、操舵トルクＴ、車速検出値Ｖｓ及びモータ回転角θに基づいて操舵補助目標電流値を演算して、モータ電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを出力する例えばマイクロコンピュータで構成される制御演算装置２３と、３相ブラシレスモータ１２を駆動する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されるモータ駆動回路２４と、制御演算装置２３から出力される相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいてモータ駆動回路２４の電界効果トランジスタのゲート電流を制御するＦＥＴゲート駆動回路２５とを備えている。

そして、制御演算装置２３は、電動パワーステアリングシステムが要修理状態や性能低下状態であるなどの異常が発生している状態であるか否かを判定し、異常が発生していない通常時には、運転者の操舵操作に応じた操舵補助トルクをステアリングシャフトに付与する通常の操舵補助制御を実施する。一方、異常が発生している状態を検出したときには、後述する異常報知処理を実行し、運転者に対してシステムに異常が発生していることを報知すると共に、異常が発生している状態が一定時間継続したときには、システムに異常が発生していると確定して、操舵補助制御の停止や操舵補助トルクの制限、所定の代替トルクによる操舵補助制御などのフェールセーフ処理を実施する。

なお、システムに異常が発生している状態とは、各種センサの出力信号異常等、ＥＰＳとしての機能を完全に失うまでには至らないが、モータ１２の作動を停止したりモータ１２の出力トルクを制限したりするフェールセーフを図ることが望ましい状態を指すものである。
また、上記異常報知処理は、異常状態を検出してからイグニッションスイッチをオフ状態とするなど操舵補助制御が停止されるまでの期間内で実行されるものとする。

図３は、制御演算装置２３で実行される異常報知処理手順を示すフローチャートである。この異常報知処理では、先ず、ステップＳ１でシステムの異常判断処理を行い、ステップＳ２に移行する。
ステップＳ２では、前記ステップＳ１の判断結果に基づいて、システムに異常が発生しているか否かを判定し、異常が発生していないときにはそのまま異常報知処理を終了し、異常が発生しているときにはステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、車速Ｖｓが車速閾値Ｖｔｈ以上であるか否かを判定し、Ｖｓ＜Ｖｔｈであるときには車両が低速走行中であるものと判断して後述するステップＳ１３に移行し、Ｖｓ≧Ｖｔｈであるときには車両が高速走行中であるものと判断してステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、聴覚を利用した警告信号である警告音を発生する。ここでは、システム正常時において定周期に設定されている３相ブラシレスモータ１２への通電電流を制御する際のＰＷＭデューティの設定タイミングを意図的にずらすことで当該モータ１２から異音を発生させ、これを警告音とする。

次いでステップＳ５では、警告音が発生されてから車両が減速したか否かを判定し、車両の減速を検出したときには、運転者が警告音による異常通知を認識し、当該異常に対する安全措置がとられたものと判断してステップＳ６に移行し、警告信号の発生を停止してから異常報知処理を終了する。一方、車両の減速が非検出であるときには、ステップＳ７に移行して警告音が発生されてから所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。そして、所定時間Ｔ１が経過するまでの間、車両の減速を監視し、車両が減速しない状態が所定時間Ｔ１経過したときにステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、警告音を発生してからの経過時間に応じて警告音レベル（警告音の周波数帯域）を変更することで、第二段階の警告音を発生する。ここで、警告音レベルの変更は、前記ＰＷＭデューティの設定タイミング周期を変化させることにより行う。

図４は、純音の各周波数について、音の大きさの等しい音圧レベルの値を結んだもので、音の大きさの等ラウドネス曲線と呼ばれる。
等ラウドネス曲線は、多数の人からの測定の平均値をもとにして作成されたものであり、横軸に周波数［Ｈｚ］、縦軸に音圧レベル［ｄＢ］が取ってある。同一の曲線上の音はすべて同じ大きさを有し、各曲線に記された音の大きさのレベル（単位はｐｈｏｎ）は、１０００ＨｚにおけるｄＢの値と合致するようになっている。

例えば、４０ｐｈｏｎと記された曲線Ａを見ると、横軸の１０００Ｈｚのところでは、縦軸の音圧レベルの値が、ｐｈｏｎの値と同じ４０［ｄＢ］である（点ａ）。そして、この曲線の２５０Ｈｚのところでは、音圧レベルは約５０ｄＢである（点ｂ）。これは、４０ｄＢで１０００Ｈｚの純音は、５０ｄＢで２５０Ｈｚの純音と等しい大きさに聞こえるということを意味している。
これらの曲線群を見ると、レベルが大きいほど周波数特性は平坦であるが、小さいレベルでは、低音部の曲線が上がっていてこのあたりで耳の感覚が鈍くなっていること、人間の聴覚が４０００Ｈｚあたりで最も鋭いことなどがわかる。なお、最下位の曲線は、最小可聴値の曲線である。

すなわち、警告音の周波数を上昇させることにより、当該警告音をより可聴しやすくなる。本実施形態では、図５に示す警告音周波数算出マップを参照し、経過時間に応じた警告音レベルを設定するものとする。この警告音周波数算出マップは、横軸に第二段階の警告音を発生してからの経過時間Ｔ［ｓｅｃ］、縦軸に警告音周波数ｆ［Ｈｚ］を取り、経過時間Ｔが所定時間Ｔｓで最も聞き取り易い周波数帯域であるｆ＝４０００Ｈｚとなるように、経過時間Ｔの増加に伴って警告音周波数がｆ＝３０Ｈｚからｆ＝４０００Ｈｚまで比例的に大きく算出され、経過時間Ｔが所定時間Ｔｓ以降はｆ＝４０００Ｈｚで固定されるように設定されている。
このように、システムの異常を検出して第一段階の警告音を発生させた後、所定期間Ｔ１運転者が当該警告音を認識していないと判断したときには、第二段階の警告音として、時間経過に伴って警告音レベルが徐々に大きくなる警告音を発生させる。

次に、ステップＳ９に移行して、第二段階の警告音が発生されてから車両が減速したか否かを判定し、車両の減速を検出したときには、運転者が警告音による異常通知を認識し、当該異常に対する安全措置がとられたものと判断して前記ステップＳ６に移行する。一方、車両の減速が非検出であるときには、ステップＳ１０に移行して第二段階の警告音が発生されてから所定時間Ｔ２が経過したか否かを判定する。そして、所定時間Ｔ２が経過するまでの間、車両の減速を監視し、車両が減速しない状態が所定時間Ｔ２経過したときにステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、触覚を利用した警告信号であるステアリング系に対する振動を発生させる。通常、実際のモータ通電電流に対し、検出される電流値には、ハードウェアが持つオフセット分が含まれており、リニアリティが補償されない部分を補正する制御が実施されている。そこで、この通電電流補正値を、通常時とは異なる値（例えば、補正値ばらつき最大品特性に合わせた値）に設定することでステアリング系に対して振動を発生させる。この場合、通電電流補正値の大きさを変更することで、ハンドル振動レベルを変更することが可能である。

なお、本実施形態のように電動モータとして３相ブラシレスモータを適用する場合、２つの相電流に対して故意にオフセットを付与するものとする。このとき、電流検出器が２相分である場合には、残り１相は推定値が使われるのでそのままでよいが、３相すべての電流検出が可能な場合には、２相を同一符号でオフセットさせ、残り１相を逆符号にオフセットさせるようにする。

また、ここで発生させる振動の大きさは、操舵アシスト量が大きいときには、ある程度の振動を発生させても車両挙動を大きく変化させる可能性が小さいことから、操舵アシスト量に比例して大きくなるように設定する。また、振動の大きさは、振動を発生させてからの経過時間に応じて設定するものとし、初期段階では比較的小さい振動とし、時間が経過する毎に大きな振動に変化させる。ただし、この振動は、車両ヨーレートを大きく変化させない程度に止めるものとする。

さらに、ここで発生させる振動の周波数は、路面反力の振動周波数とは異なる周波数に設定するものとする。この措置を行う場合、例えば、操舵トルク信号が正常に検出されている場合には、操舵トルク信号として検出される振動周波数成分以外の周波数でハンドル信号を発生させる。仮に、トルク系に異常が発生しており操舵トルク信号が正常に検出できない状態である場合には、モータの回転数情報から路面反力による振動周波数を判定し、ハンドル振動の周波数を決定すればよい。

次に、ステップＳ１２に移行して、ステアリング系に対して振動を発生させてから車両が減速したか否かを判定し、車両の減速を検出したときには、運転者が警告振動による異常通知を認識し、当該異常に対する安全措置がとられたものと判断して前記ステップＳ６に移行する。一方、車両の減速が非検出であるときには、前記ステップＳ１１に移行する。

このように、車両が高速走行中であるときには、触覚を利用した警告信号（ハンドル振動）を発生したときに、車両挙動が不安定となる可能性が高い走行状態であると判断してハンドル振動の発生を制限し、先ずは聴覚を利用した警告信号（警告音）のみを発生させる。そして、警告音を発生した後、所定期間、運転者がこれを認識していないと判断してからハンドル振動を発生させる。

また、車両が低速走行中であるときには、前記ステップＳ２からステップＳ１３に移行し、ステップＳ１３では、触覚を利用した警告信号であるステアリング系に対する振動を発生させる。ハンドル振動の大きさは、前述したように操舵アシスト量に比例して大きくなるように設定される。したがって、この低速走行状態では、初期段階で発生させる振動の大きさが、高速走行状態の初期段階で発生させる振動の大きさと比較して大きく設定される。

次いでステップＳ１４に移行して、聴覚を利用した警告信号である警告音を発生させ、ステップＳ１５に移行する。
このように、低速走行状態では、警告音を発生させながらステアリング系に対して振動を発生させる。
ステップＳ１５では、各警告信号を発生させてから車両が減速したか否かを判定し、車両の減速を検出したときには、運転者が各警告信号による異常通知を認識し、当該異常に対する安全措置がとられたものと判断して前記ステップＳ６に移行する。一方、車両の減速が非検出であるときにはステップＳ１６に移行して、各警告信号が発生されてから所定時間Ｔ３が経過したか否かを判定する。そして、所定時間Ｔ３が経過するまでの間、車両の減速を監視し、車両が減速しない状態が所定時間Ｔ３経過したときにステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１７では、経過時間に応じて警告振動レベルを変更して、ステップＳ１８に移行し、経過時間に応じて警告音レベルを変更してステップＳ１９に移行する。
ステップＳ１９では、各警告信号のレベルを変更してから車両が減速したか否かを判定し、車両の減速を検出したときには、運転者が各警告信号による異常通知を認識し、当該異常に対する安全措置がとられたものと判断して前記ステップＳ６に移行する。一方、車両の減速が非検出であるときには前記ステップＳ１７に移行する。
図１及び図２において、トルクセンサ３、ロータ一検出回路１３及びモータ電流検出回路２２が操舵状態検出手段に対応し、車速センサ２１が走行状態検出手段に対応している。また、図３において、ステップＳ１が異常検出手段に対応し、ステップＳ３〜Ｓ１９が報知手段に対応している。

次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
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をオン状態としたものとすると、操舵補助制御装置２０に電源が投入されて操舵演算装置２３で操舵補助制御処理が実行開始される。このとき、システムに異常が発生していないものとすると、図３の異常報知処理において、ステップＳ２でＮｏと判定されるため、運転者に対して異常報知のための警報信号が発せられることなく処理が終了する。これにより、制御演算装置２３は、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいて操舵補助目標電流値を演算して、モータ電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを出力する。

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、トルクセンサ３で検出される操舵トルクＴが“０”であり、車速センサ２１で検出される車速Ｖｓも“０”であるので、操舵補助目標電流値も“０”となる。したがって、３相ブラシレスモータ１２は停止状態を継続する。
この状態から車両が発進すると、車速Ｖｓに応じた操舵補助目標電流値が演算され、これに基づいて３相ブラシレスモータ１２が駆動制御される。これにより、車速Ｖｓ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、運転者の操舵負担を軽減させることができる。

そして、車両がＶ＜Ｖｔｈの低速走行状態であるときにシステムに異常が発生すると、図３の異常報知処理において、ステップＳ２でＹｅｓと判定されてステップＳ３に移行し、ステップＳ３でＮｏと判定されてステップＳ１３に移行する。そして、触覚を利用した警告信号であるハンドル振動を発生させると共に、ステップＳ１４で聴覚を利用した警告信号である警告音を発生させる。

このハンドル振動は、モータ通電電流の電流検出値に対する補正値を意図的にずらすことにより発生させる。そして、このハンドル振動の周波数は、路面反力による振動周波数成分とは異なる周波数に設定される。これにより、発生したハンドル振動が、路面反力による振動であるのか異常通知のための振動であるのかを運転者が判断できなくなる状況を確実に回避することができる。
また警告音は、３相ブラシレスモータ１２の通電電流を制御する際のＰＷＭデューティの設定タイミングを意図的にずらすことにより発生させる。

ところで、別途警告音を発生させる装置を設け、これによって警告音を発生させる電動パワーステアリング装置もあるが、このように電動パワーステアリング装置以外の装置経由で警告音を発生させる構成の場合、警告音を発生させるための専用装置を設けるためにコストが嵩むと共に、当該警告音を発生させる装置との通信経路が断絶すると警告音を発生させることができない。

これに対して本実施形態では、３相ブラシレスモータ１２（操舵補助制御のために設けられている装置）を用いて警告音を発生させるため、警告音を発生させるための専用装置を設けることなく運転者にシステムの異常通知を行うことができる。
ハンドル振動及び警告音の発生により、運転者がシステムの異常状態を認識して車両を減速させると、ステップＳ１５でＹｅｓと判定してステップＳ６に移行し、ハンドル振動及び警告音の発生を停止して異常報知処理を終了する。

一方、車両がＶ≧Ｖｔｈの高速走行状態であるときにシステムに異常が発生すると、図３の異常報知処理において、ステップＳ２でＹｅｓと判定されてステップＳ３に移行し、ステップＳ３でＹｅｓと判定されてステップＳ４に移行する。そして、先ず、初期段階の異常報知として聴覚を利用した警告信号である警告音を発生させる。
一般的に、高速走行中はほとんど操舵アシスト力を必要としない状態であるため、この状態で異常発生を通知するための警告信号として大きなハンドル振動を発生させることは、車両挙動を著しく変化させる要因となる。そこで、車両が高速走行中であるときには、先ずは警告音のみによる異常報知を行う。これにより、運転者に対して大きなストレスを与えることを防止することができると共に、異常報知を起因とした運転者の操舵ミスの発生を防止することができる。

このとき、車室内にて大音量で音楽を聴いているなどにより運転者が警告音に気付かない状態が所定時間Ｔ１継続すると、ステップＳ５でＮｏ、ステップＳ７でＹｅｓと判定されてステップＳ８で第二段階の異常報知として警告音レベルが変更される。そして、その後は、時間経過に伴って徐々に警告音がより可聴しやすい周波数帯域へと変化する。
第二段階の異常報知が開始されてから所定時間Ｔ２が経過しても運転者が警告音に気付かず、車両を減速させるなどの安全措置をとらない場合には、ステップＳ１０からステップＳ１１に移行して、第三段階の異常報知として、警告音に加えてハンドル振動を発生させる。

これにより運転者がシステムの異常を認識し車両を減速させると、ステップＳ１２からステップＳ６に移行して、ハンドル振動及び警告音の発生を停止して異常報知処理を終了する。
上記のように、システムに異常が発生して警告信号を発生させても運転者がそれに気付かず、車両を減速するなどの安全措置がとられない場合には、警告信号の程度を変化させるので、運転者にシステムの異常を確実に認識させることができると共に、異常発生により運転者の意図しない状況に陥ることを未然に防止することができる。

このように、上記実施形態では、システムの異常を検出したとき、走行状態及び操舵状態の少なくとも１つに応じて、運転者に対して聴覚及び触覚の少なくとも一方を利用した警告信号を発生するので、異常発生時の走行状態や操舵状態に見合った適切な異常通知を行って、運転者に対してストレスを与えることなく確実に異常発生を認識させることができると共に、異常通知に起因する著しい車両挙動変化を防止して走行安定性を向上させることができる。

また、電動モータへの通電電流を制御する際のＰＷＭデューティの設定タイミングを意図的にずらすことで警告音を発生させたり、モータ通電電流の電流検出値に対する補正値を変化させることでハンドル振動を発生させたりするなど、操舵補助制御を行うための制御部（又は装置）を用いて警告信号を発生させるので、警告信号を発生させるための専用装置を別途設ける必要がなくコストを削減することができる。また、専用装置を設けた場合のように、通信経路に異常が発生して警告信号を発生することができなくなるような事態に陥ることがないため、安定した異常通知を行うことができる。

さらに、走行状態として、車速、エンジン回転数、車両加速度、ヨーレート及び路面摩擦状況の少なくとも１つを検出するので、警告信号の発生に伴う車両挙動への影響を考慮して、走行状態に見合った適切な異常通知を行うことができる。
また、操舵状態として、操舵トルク、前記電動モータの回転角、操舵角及び前記電動モータの通電電流量の少なくとも１つを検出するので、操舵アシスト力の発生状態に見合った適切な異常通知を行うことができると共に、操舵補助制御を行うために必要な情報を用いて操舵状態を検出するので、別途操舵状態を検出するためのセンサ等を設ける必要がなくコストを削減することができる。

さらにまた、走行状態及び操舵状態の少なくとも１つに応じて警告信号の種類又は警告信号のレベルを変更するので、車両の走行状態や運転者による操舵状態、更には操舵アシスト力の発生状態に応じ、どのような状況下でも、運転者に違和感を与えない範囲で確実に異常通知を行うことができる。
また、走行状態が、異常を検出して触覚を利用した警告信号（ハンドル振動）を発生したときに、車両挙動が不安定となる可能性が高い走行状態であるとき、触覚を利用した警告信号（ハンドル振動）の発生を制限するので、例えば、車両が高速走行中である場合など、触覚を利用した警告信号（ハンドル振動）を発生させることが運転者の操舵に悪影響を及ぼし、車両挙動を著しく変化させる可能性がある状況下でも、走行安定性を確保しつつ運転者に対して異常通知を行うことができる。

さらに、走行状態が、異常を検出して触覚を利用した警告信号（ハンドル振動）を発生したときに、車両挙動が不安定となる可能性が高い走行状態であるとき、聴覚を利用した警告信号（警告音）を発生させた後、所定期間、運転者が当該警告信号を認識していないと判断してから、触覚を利用した警告信号（ハンドル振動）を発生するので、異常発生時に警告音を発生したにもかかわらず、車室内にて大音量で音楽を聴いていて運転者が当該警告音に気付かないような場合であっても、確実に運転者に異常発生を認識させることができる。

また、操舵状態が、操舵系に大きな操舵補助力を付与する必要がある操舵状態であるとき、必要としている操舵補助力が大きいほど警告信号レベルを大きく設定するので、例えば、操舵アシスト力が小さく運転者による操舵トルク＋αの状態で走行している場合など、大きな警告信号（ハンドル振動）を発生させると車両挙動変化に大きな影響を与える場合には警告信号レベルを小さくするなど、操舵アシスト力の発生状態に応じて適切に異常通知を行うことができる。

さらにまた、異常を検出して警告信号を発生させた後、所定期間、車両の減速が非検出であるとき、時間経過に伴って前記警告信号を徐々に大きくするので、確実に運転者に異常発生を認識させることができる。
なお、上記実施形態においては、高速走行時には、警告音発生から所定時間経過後に警告音に加えてハンドル振動を発生させる場合について説明したが、異常発生時に警告音と併せて微小なハンドル振動を発生させてもよいし、警告音発生から所定時間経過後に警告音からハンドル振動単独に切り替えてもよい。

また、上記実施形態においては、電動モータの通電電流を制御する際のＰＷＭデューティ比の設定タイミングを意図的にずらすことで警告音を発生させる場合について説明したが、例えば、電動モータの相のデューティ比を固定値としたり通常値としたりすることを高速で繰り返すことで警告音やハンドル振動を発生させてもよい。この場合、例えば１００μＳ毎にＰＷＭデューティを設定するようなシステムの場合、電流制御器で演算されたデューティ以外のデューティを設定することで、警告音及びハンドル振動を発生させることができる。このとき、演算されたデューティ以外の値を設定する区間を変えることで、発生する警告音の音域や振動の程度を変更することができる。

なお、演算されたデューティ以外の値は任意でもよいが、ブラシレスモータのように多相モータである場合には、全相デューティを固定値とすることで電磁ブレーキ状態とすれば、意図しないハンドルの回転を防ぐことができ、車両ヨーレートが大きく変化することを防止することができる。
さらにまた、電動モータの通電電流を検出するタイミングを意図的にずらすことで警告音を発生してもよいし、更には電動モータの理想的な電気特性パラメータをシステムが破綻しないレベルの範囲で変動させることで警告音を発生してもよい。

さらに、Ｒ＆ＰタイプＥＰＳやボールスクリュータイプＥＰＳなど、運転席から離れた場所にモータがレイアウトされているような場合、操舵補助制御装置２０が車室内にレイアウトされていて、機械式接点を有し、接点の開閉に伴って音が発生するような継電器や開閉器を搭載している場合には、意図的に当該接点の開閉動作を一定周期又は不定周期で行うことで、操舵補助制御装置２０自身から異常通知のための警告音を発生させるようにすることもできる。これにより、ＥＰＳの構成がどのようなものであっても、警告音を確実に運転者に認識させることができる。

また、３相ブラシレスモータ１２から発生させる音の周波数を、ステアリング機械系の固有振動周波数と同等とすることもできる。これにより、Ｒ＆ＰタイプＥＰＳやボールスクリュータイプＥＰＳなど、運転席から離れた場所にモータがレイアウトされている場合や、操舵補助制御装置２０が車室内から離れた位置にレイアウトされている場合など、警告音を発生させても運転者に伝わり難い場合であっても、機械系の固有振動周波数帯でモータが振動するようにアシスト制御を行うことで、ステアリング機構を介して車室内に確実に音を伝達させることができる。

さらに、エンジン回転数を監視し、３相ブラシレスモータ１２から発生させる音の周波数を、当該エンジン回転数におけるエンジン音とは異なる周波数域に設定することもできる。これにより、発生された音が、エンジン音であるのか異常通知のための警告音であるのかを運転者が判断できなくなる状況を確実に回避することができる。
また、上記実施形態においては、異常発生時の走行状態及び操舵状態の少なくとも１つに応じて警告信号を発生させる場合について説明したが、警告信号を発生している間の車両挙動の変化を監視しながら、大きな車両挙動変化が生じない程度に警告信号レベルを調整することもできる。

例えば、警告信号としてハンドル振動を発生させる場合には、路面摩擦力センサ等から得られる路面摩擦情報や、ヨーレートセンサ等から得られるヨーレート、加速度センサ等から得られる車両加速度、エンジン回転数センサ等から得られるエンジン回転数をもとに、異常通知に伴って車両挙動が不安定とならないように監視しながらハンドル振動レベルを決定することができる。これにより、例えば、低速走行中であっても路面摩擦力が低い場合にはハンドル振動の発生を制限するなど、走行安定性を向上させつつ運転者に対する異常通知を行うことができる。

さらに、上記実施形態においては、モータ通電電流の電流検出値に補正をかける際のオフセット値を意図的にずらすことでハンドル振動を発生させる場合について説明したが、当該電流検出値に補正をかける際の相ごとのゲイン補正値を意図的にずらすことでハンドル振動を発生させることもできる。この場合、ゲインをずらすことで、モータへの通電電流量が小さい場合は軽微な振動を発生し、通電電流量が大きくなるほど大きな振動を発生するなど、操舵アシスト量に比例して振動を大きくすることができる。

また、ロータ位置検出回路１３で検出したモータ回転角θに対して意図的に数ｄｅｇのオフセットを付与することで、ハンドル振動や警告音を発生させることもできる。この場合、ずらす角度の量は同一で、且つ所定の周期で符号を反転させるオフセット加算を行う。このとき、オフセット値の量やオフセット値を加算する周期によって警告信号レベルを変化させることができる。

さらにまた、操舵補助制御のフィードフォワード値（センタ応答性改善指令値）のゲインを意図的に正常値よりも大きな値に変更することで、ステアリングが自己発振しやすくなることを利用して、ハンドル振動を発生させることもできる。
また、温度依存を補償する温度補償制御の補償値を意図的に加算しないようにすることで、ハンドル振動や警告音を発生させることもできる。例えば、ホールＩＣ＋逆起電圧をもとに角度補正を行うようなシステムや、逆起電圧をもとに角度又は角速度を求めるようなシステム（ブラシモータシステム）の場合、逆起電圧演算のための抵抗モデル値を意図的に変化させればよい。

さらに、非線形要素を線形化させるためのディザ値を意図的に通常値よりも大きくすることで、警告音を発生させることもできる。
また、上記実施形態においては、電動パワーステアリング装置に、操舵フィーリング向上のために、振動或いは異音の発生を防止することを目的とした制御機能を搭載している場合には、異常発生時に当該制御機能を停止させることで、警告信号としての振動或いは異音を発生させることもできる。これにより、警告信号発生のための設計工数を縮退することができる。

さらに、上記実施形態においては、電動モータとして３相ブラシレスモータを適用する場合について説明したが、ブラシモータシステムを適用することもできる。この場合、操舵角センサの検出値からモータ回転角及びモータ回転角速度を算出したり、モータの逆起電力からモータ回転角及びモータ回転角速度を推定したりすればよい。また、ブラシモータシステムの場合、非常に高速でモータの駆動／停止を繰り返すことで警告音を発生させることができる。

本発明の実施形態における車両の概略構成図である。 操舵補助制御装置の一例を示すブロック図である。 制御演算装置で実行される異常報知処理手順を示すフローチャートである。 等ラウドネス曲線である。 警告音周波数算出マップである。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…トルクセンサ、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…３相ブラシレスモータ、１３…ロータ位置検出回路、２０…操舵補助制御装置、２１…車速センサ、２３…制御演算装置、２４…モータ駆動回路、２５…ＦＥＴゲート駆動回路

Claims (8)

1. 操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、少なくとも操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、運転者による操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記電動モータの操舵補助制御の停止や操舵補助トルクの制限、所定の代替トルクによる操舵補助制御のフェールセーフ処理を実施する状態となる異常を検出する異常検出手段と、該異常検出手段で異常を検出したとき、前記走行状態検出手段で検出した走行状態及び前記操舵状態検出手段で検出した操舵状態の少なくとも１つに応じて、運転者に対して聴覚及び触覚の少なくとも一方を利用した警告信号を発生する報知手段とを備え、
   前記報知手段は、前記走行状態検出手段で検出した走行状態が、触覚を利用した警告信号を発生したときに、車両挙動が不安定となる可能性が高い走行状態であるとき、当該触覚を利用した警告信号の発生を制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、少なくとも操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、運転者による操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記電動モータの操舵補助制御の停止や操舵補助トルクの制限、所定の代替トルクによる操舵補助制御のフェールセーフ処理を実施する状態となる異常を検出する異常検出手段と、該異常検出手段で異常を検出したとき、前記走行状態検出手段で検出した走行状態及び前記操舵状態検出手段で検出した操舵状態の少なくとも１つに応じて、運転者に対して聴覚及び触覚の少なくとも一方を利用した警告信号を発生する報知手段とを備え、
   前記報知手段は、前記走行状態検出手段で検出した走行状態が、触覚を利用した警告信号を発生したときに、車両挙動が不安定となる可能性が高い走行状態であるとき、聴覚を利用した警告信号を発生させた後、所定期間、運転者が当該警告信号を非認識であると判断してから、触覚を利用した警告信号を発生することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記報知手段は、前記駆動制御を行うための各制御部により前記警告信号を発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記走行状態検出手段は、前記走行状態として、車速、エンジン回転数、車両加速度、ヨーレート及び路面摩擦状況の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１〜３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記操舵状態検出手段は、前記操舵状態として、操舵トルク、前記電動モータの回転角、操舵角及び前記電動モータの通電電流量の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記報知手段は、前記走行状態検出手段で検出した走行状態及び前記操舵状態検出手段で検出した操舵状態の少なくとも１つに応じて、警告信号の種類及び警告信号のレベルの少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記報知手段は、前記操舵状態検出手段で検出した操舵状態が、操舵系に付与する操舵補助力が大きい操舵状態であるほど、警告信号レベルを大きく設定することを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記報知手段は、前記異常検出手段で異常を検出して警告信号を発生させた後、所定期間、運転者が当該警告信号を非認識であると判断したとき、時間経過に伴って警告信号レベルを徐々に大きくすることを特徴とする請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。

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