JP2021147018A - 車両用操向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵角に対する冗長性を確保することができる車両用操向装置を提供すること。【解決手段】実操舵角θｒが出力されている場合に、当該実操舵角θｒを操舵角θｈとして出力し、実操舵角θｒが出力されていない場合に、モータ角θｍに基づき推定した推定値θｅを操舵角θｈとして出力する。【選択図】図１７

Description

本発明は、車両用操向装置に関する。

車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力（操舵補助力）を付与するものである。ＥＰＳは、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト又はラック軸にアシスト力として付与する。例えば、操舵角に応じて操舵トルクの目標値を設定し、操舵トルクセンサによって検出された操舵トルクが操舵トルクの目標値となるように、モータを駆動制御する構成が開示されている（例えば、特許文献１）。

また、車両用操向装置として、運転者が操舵を行う操舵反力生成装置（ＦＦＡ：Ｆｏｒｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ａｃｔｕａｔｏｒ、操舵機構）と、車両の舵を切るタイヤ転舵装置（ＲＷＡ：Ｒｏａｄ Ｗｈｅｅｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ、転舵機構）とが機械的に分離されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Ｓｔｅｅｒ Ｂｙ Ｗｉｒｅ）式の車両用操向装置がある。このようなＳＢＷ式の車両用操向装置は、操舵機構と転舵機構とがコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を介して電気的に接続され、電気信号によって操舵機構と転舵機構と間の制御が行われる構成が一般的である。

国際公開第２０１８／０８４１９０号

ところで、車両システムでは、各部の異常時における運転継続や安全停止等のフェイルセーフ機能を実現するための高い冗長性が求められる。操舵角に応じて操舵トルクの目標値を設定する構成において、操舵角を取得するセンサが失陥し、操舵角（操舵角に応じたパルス信号）が正常に出力されなくなると、操舵角に基づく制御ができなくなる。また、電気信号によって操舵機構と転舵機構と間の制御を行う構成のＳＢＷ式の車両用操向装置では、運転者の意図に沿わない挙動となる場合がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、操舵角に対する冗長性を確保することができる車両用操向装置を提供すること、を目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る車両用操向装置は、操舵力を補助するモータを駆動制御することにより、減速機構を介して車両の操舵系をアシスト制御する車両用操向装置であって、前記車両のコラム軸に設けられたトーションバーと、実操舵角を検出する第１角度センサと、モータ角を検出する第２角度センサと、前記第１角度センサから実操舵角が出力されている場合に、当該実操舵角を操舵角として出力し、前記第１角度センサから実操舵角が出力されていない場合に、前記第２角度センサから出力されるモータ角に基づき推定した推定値を操舵角として出力する舵角処理部と、前記操舵角に基づき、前記操舵系をアシスト制御する際の目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、前記操舵角と前記モータ角との差分に基づき決定される前記トーションバーの捩れ角が前記目標捩れ角となるような前記モータの電流指令値を演算する捩れ角制御部と、を備える。

上記構成によれば、実操舵角を検出する第１角度センサが失陥した場合でも、モータ角を検出する第２角度センサにより検出されるモータ角を用いて推定した推定値を操舵角として制御を継続することが可能となる。

車両用操向装置の望ましい態様として、前記舵角処理部は、前記第１角度センサから実操舵角が出力されているときの当該実操舵角の最終値、前記第２角度センサから出力されたモータ角の最終値、及び前記トーションバーの捩れ角の最終値を保持し、前記第１角度センサから実操舵角が出力されなくなった場合に、前記実操舵角の最終値に対し、前記トーションバーの捩れ角の最終値と前記トーションバーの捩れ角との差分と、前記モータ角の最終値と前記第２角度センサから出力されるモータ角との相対角度に前記減速機構のギア比を乗じて操舵角の相対角度に変換した値と、を加算して、前記推定値を算出することが好ましい。

これにより、モータ角を用いた推定値の算出が可能となる。

車両用操向装置の望ましい態様として、前記舵角処理部は、前記推定値を算出する推定舵角演算部と、前記第１角度センサから出力される実操舵角と前記推定舵角演算部から出力される推定値とを切り替えて、前記目標操舵トルク生成部に出力する切替部と、を備えることが好ましい。

これにより、推定値の算出処理と、実操舵角と推定値との切り替え処理とを分離することができる。

車両用操向装置の望ましい態様として、前記推定舵角演算部は、前記第１角度センサから実操舵角が出力されていない場合に、前記推定値を算出し、前記切替部は、前記第１角度センサから実操舵角が出力されている場合に、当該実操舵角を操舵角として前記目標操舵トルク生成部に出力し、前記第１角度センサから実操舵角が出力されていない場合に、前記推定値を操舵角として前記目標操舵トルク生成部に出力することが好ましい。

これにより、実操舵角が出力されていない場合に推定値を算出するので、実操舵角が出力されているときの処理を軽減することができる。

本発明によれば、操舵角に対する冗長性を確保することができる車両用操向装置を提供することができる。

図１は、車両用操向装置を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に適用した構成の第１例を示す図である。 図２は、電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。 図３は、舵角センサの設置例を示す構造図である。 図４は、図１に示す第１例のコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。 図５は、操舵方向を判定する方法を説明するための図である。 図６は、図１に示す第１例のコントロールユニットの動作例を示すフローチャートである。 図７は、目標操舵トルク生成部の一構成例を示すブロック図である。 図８は、基本マップ部が保持する基本マップの特性例を示す図である。 図９は、ダンパゲインマップ部が保持するダンパゲインマップの特性例を示す図である。 図１０は、ヒステリシス補正部の特性例を示す図である。 図１１は、捩れ角制御部の一構成例を示すブロック図である。 図１２は、車両用操向装置をＳＢＷシステムに適用した構成の第２例を示す図である。 図１３は、図１２に示す第２例のコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。 図１４は、目標転舵角生成部の構成例を示す図である。 図１５は、転舵角制御部の構成例を示す図である。 図１６は、図１２に示す第２例のコントロールユニットの動作例を示すフローチャートである。 図１７は、実施形態１に係る舵角処理部における処理フローの一例を示すフローチャートである。 図１８は、実施形態２に係る舵角処理部の一構成例を示すブロック図である。 図１９は、実施形態２に係る舵角処理部の推定舵角演算部における推定操舵角の算出処理フローの一例を示すフローチャートである。 図２０は、実施形態２に係る舵角処理部の切替部における実操舵角と推定操舵角との切り替え処理フローの一例を示すフローチャートである。

以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（電動パワーステアリングの構成）
図１は、車両用操向装置を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に適用した構成の第１例を示す図である。車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、操舵者から与えられる力が伝達する順に、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２、減速機構３、ユニバーサルジョイント４ａ，４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、トーションバーを有するコラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０及び実操舵角θｒを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速機構３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、モータ２０に供給する電流を制御する。角度センサ１５は、モータ２０のモータ角θｍを検出する。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０等の車載ネットワークが接続されている。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット３０は、主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成される。図２は、電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。

コントロールユニット３０を構成する制御用コンピュータ１１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００３、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）１００４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１００５、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器１００６、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ１００７等を備え、これらがバスに接続されている。

ＣＰＵ１００１は、電動パワーステアリング装置の制御用コンピュータプログラム（以下、制御プログラムという）を実行して、電動パワーステアリング装置を制御する処理装置である。

ＲＯＭ１００２は、電動パワーステアリング装置を制御するための制御プログラムを格納する。また、ＲＡＭ１００３は、制御プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。ＥＥＰＲＯＭ１００４には、制御プログラムが入出力する制御データ等が格納されている。制御データは、コントロールユニット３０に電源が投入された後にＲＡＭ１００３に展開された制御用コンピュータプログラム上で使用され、所定のタイミングでＥＥＰＲＯＭ１００４に上書きされる。

ＲＯＭ１００２、ＲＡＭ１００３、及びＥＥＰＲＯＭ１００４等は情報を格納する記憶装置であって、ＣＰＵ１００１が直接アクセスできる記憶装置（一次記憶装置）である。

Ａ／Ｄ変換器１００６は、操舵トルクＴｓ、モータ２０の電流検出値Ｉｍ、及び実操舵角θｒの信号等を入力し、ディジタル信号に変換する。

インターフェース１００５は、ＣＡＮ４０に接続されている。インターフェース１００５は、車速センサ１２からの車速Ｖの信号（車速パルス）を受け付けるためのものである。

ＰＷＭコントローラ１００７は、モータ２０に対する電流指令値に基づいてＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号を出力する。

図３は、舵角センサの設置例を示す構造図である。

コラム軸２には、トーションバー２Ａが備えられている。操向車輪８Ｌ，８Ｒには、路面反力Ｒｒ及び路面情報μが作用する。トーションバー２Ａを挟み、コラム軸２のハンドル１側に舵角センサ１４が設けられ、コラム軸２の操向車輪側（図１に示す減速機構３側）に角度センサ１５が設けられている。舵角センサ１４は、実操舵角θｒを検出し、角度センサ１５は、モータ２０のモータ角θｍを検出する。ここでは、舵角センサ１４により検出される実操舵角θｒをハンドル角θ_１とし、角度センサ１５により検出されるモータ角θｍをコラム角θ_２として説明する。本開示において、舵角センサ１４は、第１角度センサに対応する。また、本開示において、角度センサ１５は、第２角度センサに対応する。

なお、本開示におけるハンドル角θ_１、コラム角θ_２を検出するセンサとして、相対角を検出する、いわゆるインクリメント方式を用いる場合は、センサの検出値に対し、ハンドル１の回転回数に相当する角度を加えて、ハンドル角θ_１、コラム角θ_２を決定する。なお、ハンドル角θ_１、コラム角θ_２を検出するセンサとして、モータ回転角の絶対角を検出する、いわゆるアブソリュート方式のセンサを用いる場合は、センサの検出値をハンドル角θ_１、コラム角θ_２とする。

トーションバーの捩れ角Δθは、ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２の偏差から、下記（１）式で表される。また、トーションバートルクＴｔは、（１）式で表されるトーションバーの捩れ角Δθ用いて、下記（２）式で表される。なお、Ｋｔは、トーションバー２Ａのバネ定数である。

Δθ＝θ_２−θ_１・・・（１）

Ｔｔ＝−Ｋｔ×Δθ・・・（２）

トーションバートルクＴｔは、トルクセンサを用いて検出することも可能である。ここでは、トーションバートルクＴｔを操舵トルクＴｓとしても扱うこととする。

図４は、図１に示す第１例のコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。

コントロールユニット３０は、内部ブロック構成として、目標操舵トルク生成部２００、捩れ角制御部３００、操舵方向判定部４００、変換部５００、及び舵角処理部６００等を備えている。舵角処理部６００については後述する。

運転者のハンドル操舵は、ＥＰＳ操舵系／車両系１００のモータ２０でアシスト制御される。ＥＰＳ操舵系／車両系１００は、モータ２０の他に、角度センサ１５等を含む。

目標操舵トルク生成部２００は、本開示において車両の操舵系をアシスト制御する際の操舵トルクの目標値である目標操舵トルクＴｒｅｆを生成する。変換部５００は、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する。捩れ角制御部３００は、モータ２０に供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値Ｉｍｃを生成する。

捩れ角制御部３００は、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃを演算する。モータ２０は、モータ電流指令値Ｉｍｃにより駆動される。

操舵方向判定部４００は、モータ２０のモータ角速度ωｍに基づき、操舵方向が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態信号ＳＴｓとして出力する。モータ角速度ωｍは、角度センサ１５で検出されたモータ角θｍを微分することにより算出される。図５は、操舵方向を判定する方法を説明するための図である。

操舵方向が右切りか左切りかを示す操舵状態は、例えば図５に示すような操舵角θｈ及びモータ角速度ωｍの関係で求めることができる。すなわち、モータ角速度ωｍが正の値の場合は「右切り」と判定し、負の値の場合は「左切り」と判定する。なお、モータ角速度ωｍの代わりに、操舵角θｈ又はモータ角θｍに対して速度演算を行って算出される角速度を用いても良い。

変換部５００は、上記（２）式の関係を用いて、目標操舵トルク生成部２００で生成された目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する。

次に、コントロールユニットにおける基本的な動作例について説明する。図６は、図１に示す第１例のコントロールユニットの動作例を示すフローチャートである。

操舵方向判定部４００は、ＥＰＳ操舵系／車両系１００から出力されるモータ角速度ωｍの符号に基づき、操舵方向が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態信号ＳＴｓとして、目標操舵トルク生成部２００に出力する。

目標操舵トルク生成部２００は、少なくとも、車速Ｖｓ、操舵状態信号ＳＴｓ、及び操舵角θｈに基づき、目標操舵トルクＴｒｅｆを生成する（ステップＳ１０）。

変換部５００は、目標操舵トルク生成部２００で生成された目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する（ステップＳ２０）。目標捩れ角Δθｒｅｆは、捩れ角制御部３００に出力される。

捩れ角制御部３００は、目標捩れ角Δθｒｅｆ、操舵角θｈ、捩れ角Δθ、及びモータ角速度ωｍに基づき、モータ電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ３０）。

そして、捩れ角制御部３００から出力されたモータ電流指令値Ｉｍｃに基づいて電流制御が実施され、モータ２０が駆動される（ステップＳ４０）。

図７は、目標操舵トルク生成部の一構成例を示すブロック図である。図７に示すように、目標操舵トルク生成部２００は、基本マップ部２１０、乗算部２１１、符号抽出部２１３、微分部２２０、ダンパゲインマップ部２３０、ヒステリシス補正部２４０、乗算部２６０、及び加算部２６１，２６２を備える。図８は、基本マップ部が保持する基本マップの特性例を示す図である。図９は、ダンパゲインマップ部が保持するダンパゲインマップの特性例を示す図である。

基本マップ部２１０には、操舵角θｈ及び車速Ｖｓが入力される。基本マップ部２１０は、図８に示す基本マップを用いて、車速Ｖｓをパラメータとするトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０を出力する。すなわち、基本マップ部２１０は、車速Ｖｓに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０を出力する。

図８に示すように、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０は、操舵角θｈの大きさ（絶対値）｜θｈ｜の増加に伴い増加する特性を有する。また、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０は、車速Ｖｓの増加に伴い増加する特性を有する。なお、図８では操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜でマップを構成しているが、正負の操舵角θｈに応じてマップを構成しても良い。この場合、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０の値は、正負の値を取り得、後述する符号計算は不要となる。以下の説明では、図８に示す操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜に応じた正の値であるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０を出力する態様について説明する。

図７に戻って、符号抽出部２１３は、操舵角θｈの符号を抽出する。具体的には、例えば、操舵角θｈの値を、操舵角θｈの絶対値で除算する。これにより、符号抽出部２１３は、操舵角θｈの符号が「＋」の場合には「１」を出力し、操舵角θｈの符号が「−」の場合には「−１」を出力する。具体的に、符号抽出部２１３は、例えば操舵角θｈの符号関数（ｓｉｇｎ（θｈ））を生成する。

乗算部２１１は、基本マップ部２１０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０に対して、符号抽出部２１３から出力される「１」又は「−１」を乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａとして加算部２６１に出力する。具体的に、乗算部２１１は、基本マップ部２１０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０に対して、例えば符号抽出部２１３により生成された操舵角θｈの符号関数（ｓｉｇｎ（θｈ））を乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａとして加算部２６１に出力する。

微分部２２０には、操舵角θｈが入力される。微分部２２０は、操舵角θｈを微分して、角速度情報である舵角速度ωｈを算出する。微分部２２０は、算出した舵角速度ωｈを乗算部２６０に出力する。

ダンパゲインマップ部２３０には、車速Ｖｓが入力される。ダンパゲインマップ部２３０は、図９に示す車速感応型のダンパゲインマップを用いて、車速Ｖｓに応じたダンパゲインＤ_Ｇを出力する。

図９に示すように、ダンパゲインＤ_Ｇは、車速Ｖｓが高くなるに従い徐々に大きくなる特性を有する。ダンパゲインＤ_Ｇは、操舵角θｈに応じて可変する態様としても良い。

乗算部２６０は、微分部２２０から出力される舵角速度ωｈに対して、ダンパゲインマップ部２３０から出力されるダンパゲインＤ_Ｇを乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部２６２に出力する。

ヒステリシス補正部２４０には、操舵角θｈ、車速Ｖｓ、及び、図５に示す判定結果である操舵状態信号ＳＴｓが入力される。ヒステリシス補正部２４０は、操舵角θｈ及び操舵状態信号ＳＴｓに基づき、下記（３）式及び（４）式を用いてトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを演算する。なお、下記（３）式及び（４）式において、ｘは操舵角θｈ、ｙ_Ｒ＝Ｔｒｅｆ＿ｃ及びｙ_Ｌ＝Ｔｒｅｆ＿ｃはトルク信号（第４トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃとする。また、係数ａは１よりも大きい値であり、係数ｃは０よりも大きい値である。係数Ａｈｙｓは、ヒステリシス特性の出力幅を示し、係数ｃは、ヒステリシス特性の丸みを表す係数である。

ｙ_Ｒ＝Ａｈｙｓ｛１−ａ^{−ｃ（ｘ−ｂ）}｝・・・（３）

ｙ_Ｌ＝−Ａｈｙｓ｛１−ａ^{ｃ（ｘ−ｂ’）}｝・・・（４）

右切り操舵の際には、上記（３）式を用いて、トルク信号（第４トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃ（ｙ_Ｒ）を算出する。左切り操舵の際には、上記（４）式を用いて、トルク信号（第４トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃ（ｙ_Ｌ）を算出する。なお、右切り操舵から左切り操舵へ切り替える際、又は、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際には、操舵角θｈ及びトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃの前回値であるの最終座標（ｘ_１，ｙ_１）の値に基づき、操舵切り替え後の上記（３）式及び（４）式に対し、下記（５）式又は（６）式に示す係数ｂ又はｂ’を代入する。これにより、操舵切り替え前後の連続性が保たれる。

ｂ＝ｘ_１＋（１／ｃ）ｌｏｇ_ａ｛１−（ｙ_１／Ａｈｙｓ）｝・・・（５）

ｂ’＝ｘ_１−（１／ｃ）ｌｏｇ_ａ｛１−（ｙ_１／Ａｈｙｓ）｝・・・（６）

上記（５）式及び（６）式は、上記（３）式及び（４）式において、ｘにｘ_１を代入し、ｙ_Ｒ及びｙ_Ｌにｙ_１を代入することにより導出することができる。

係数ａとして、例えば、ネイピア数ｅを用いた場合、上記（３）式、（４）式、（５）式、（６）式は、それぞれ下記（７）式、（８）式、（９）式、（１０）式で表せる。

ｙ_Ｒ＝Ａｈｙｓ［１−ｅｘｐ｛−ｃ（ｘ−ｂ）｝］・・・（７）

ｙ_Ｌ＝−Ａｈｙｓ［｛１−ｅｘｐ｛ｃ（ｘ−ｂ’）｝］・・・（８）

ｂ＝ｘ_１＋（１／ｃ）ｌｏｇ_ｅ｛１−（ｙ_１／Ａｈｙｓ）｝・・・（９）

ｂ’＝ｘ_１−（１／ｃ）ｌｏｇ_ｅ｛１−（ｙ_１／Ａｈｙｓ）｝・・・（１０）

図１０は、ヒステリシス補正部の特性例を示す図である。図１０に示す例では、上記（９）式及び（１０）式において、Ａｈｙｓ＝１［Ｎｍ］、ｃ＝０．３と設定し、０［ｄｅｇ］から開始し、＋５０［ｄｅｇ］、−５０［ｄｅｇ］の操舵をした場合の、ヒステリシス補正されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃの特性例を示している。図１０に示すように、ヒステリシス補正部２４０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは、０の原点→Ｌ１（細線）→Ｌ２（破線）→Ｌ３（太線）のようなヒステリシス特性を有している。

なお、ヒステリシス特性の出力幅を表す係数であるＡｈｙｓ及び丸みを表す係数であるｃを、車速Ｖｓ及び操舵角θｈの一方又は双方に応じて可変としても良い。

また、舵角速度ωｈは、操舵角θｈに対する微分演算により求めているが、高域のノイズの影響を低減するために適度にローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を実施している。また、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とゲインにより、微分演算とＬＰＦの処理を実施しても良い。なお、舵角速度ωｈの代わりにモータ角速度ωｍを角速度情報として使用しても良く、この場合、微分部２２０は不要となる。

上述のように求められたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ、Ｔｒｅｆ＿ｂ、及びＴｒｅｆ＿ｃは、加算部２６１，２６２で加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。

捩れ角制御では、捩れ角Δθが、操舵角θｈ等を用いて目標操舵トルク生成部２００及び変換部５００を経て算出される目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御を行う。モータ２０のモータ角θｍは角度センサ１５で検出される。以下、捩れ角制御部３００（図４参照）について、図１１を参照して説明する。

図１１は、捩れ角制御部の一構成例を示すブロック図である。捩れ角制御部３００は、目標捩れ角Δθｒｅｆ、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃを演算する。捩れ角制御部３００は、捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部３１０、捩れ角速度演算部３２０、速度制御部３３０、出力制限部３５０、及び減算部３６１を備えている。

変換部５００から出力される目標捩れ角Δθｒｅｆは、減算部３６１に加算入力される。捩れ角Δθは、減算部３６１に減算入力されると共に、捩れ角速度演算部３２０に入力される。

捩れ角ＦＢ補償部３１０は、減算部３６１で算出される目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの偏差Δθ０に対して補償値ＣＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθが追従するような目標捩れ角速度ωｒｅｆを出力する。補償値ＣＦＢは、単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。

目標捩れ角速度ωｒｅｆは、速度制御部３３０に入力される。捩れ角ＦＢ補償部３１０及び速度制御部３３０により、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。

捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角Δθに対して微分演算処理を行い、捩れ角速度ωｔを算出する。捩れ角速度ωｔは、速度制御部３３０に出力される。捩れ角速度演算部３２０は、微分演算として、ＨＰＦとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角速度ωｔを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部３３０に出力するようにしても良い。

速度制御部３３０は、Ｉ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標捩れ角速度ωｒｅｆに捩れ角速度ωｔが追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｃａを算出する。

減算部３３３は、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ−ωｔ）を算出する。積分部３３１は、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ−ωｔ）を積分し、積分結果を減算部３３４に加算入力する。

捩れ角速度ωｔは、比例部３３２にも出力される。比例部３３２は、捩れ角速度ωｔに対してゲインＫｖｐによる比例処理を行い、比例処理結果を減算部３３４に減算入力する。減算部３３４での減算結果は、モータ電流指令値Ｉｍｃａとして出力される。なお、速度制御部３３０は、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ−Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Ｉｍｃａを算出しても良い。

出力制限部３５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃａに対する上限値及び下限値が予め設定されている。出力制限部３５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃａの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。

なお、図１１に示す捩れ角制御部３００の構成は一例であり、図１１に示す構成とは異なる態様であっても良い。

図１に示す第１例では、実施形態１に係る車両用操向装置をコラムアシスト型ＥＰＳに適用しているが、実施形態１に係る車両用操向装置を適用するシステムはコラムアシスト型ＥＰＳに代表される上流アシスト型ＥＰＳに限られず、デュアルピニオン型ＥＰＳに代表されるいわゆる下流型ＥＰＳにも適用可能である。更に、目標捩れ角に基づくフィードバック制御を行うということでは、トーションバー（バネ定数任意）及び捩れ角検出用のセンサを少なくとも備えるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）反力装置等にも適用可能である。以下、実施形態１に係る車両用操向装置を適用可能な、トーションバーを備えたＳＢＷシステムについて説明する。

（ＳＢＷシステム）
図１２は、車両用操向装置をＳＢＷシステムに適用した構成の第２例を示す図である。なお、図１の構成と同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

ＳＢＷシステムは、図１に示す第１例におけるユニバーサルジョイント４ａにてコラム軸２と機械的に結合されるインターミディエイトシャフトがなく、ハンドル１の操作を電気信号によって操向車輪８Ｌ，８Ｒ等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図１２に示されるように、ＳＢＷシステムは反力装置６０及び駆動装置７０を備え、コントロールユニット（ＥＣＵ）５０が両装置の制御を行う。反力装置６０は、舵角センサ１４にて操舵角θｈの検出を行うと同時に、操向車輪８Ｌ，８Ｒから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ６１により生成される。なお、ＳＢＷシステムの中には反力装置内にトーションバーを有さないタイプもあるが、本開示を適用するＳＢＷシステムはトーションバーを有するタイプであり、トルクセンサ１０にて操舵トルクＴｓを検出する。また、角度センサ（第２角度センサ）７４が、反力用モータ６１のモータ角θｍを検出する。駆動装置７０は、運転者によるハンドル１の操舵に合わせて、駆動用モータ７１を駆動し、その駆動力を、ギア７２を介してピニオンラック機構５に付与し、タイロッド６ａ，６ｂを経て、操向車輪８Ｌ，８Ｒを転舵する。ピニオンラック機構５の近傍には角度センサ７３が配置されており、操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔを検出する。ＥＣＵ５０は、反力装置６０及び駆動装置７０を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θｈや転舵角θｔ等の情報に加え、車速センサ１２からの車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ６１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び駆動用モータ７１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。

図１３は、図１２に示す第２例のコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。なお、目標操舵トルク生成部２００ａ及び捩れ角制御部３００ａの構成については、上述した第１例の目標操舵トルク生成部２００及び捩れ角制御部３００の構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

図１２に示す第２例では、捩れ角Δθに対する制御（以下、「捩れ角制御」とする）と、転舵角θｔに対する制御（以下、「転舵角制御」とする）を行い、反力装置を捩れ角制御で制御し、駆動装置を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置は他の制御方法で制御しても良い。

捩れ角制御では、第１例と同様の構成及び動作により、捩れ角Δθが、操舵角θｈ等を用いて目標操舵トルク生成部２００ａ及び変換部５００を経て算出される目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御を行う。モータ角θｍは角度センサ（第２角度センサ）７４で検出され、モータ角速度ωｍは、角速度演算部９５１にてモータ角θｍを微分することにより算出される。転舵角θｔは角度センサ７３で検出される。また、第１例ではＥＰＳ操舵系／車両系１００内の処理として詳細な説明は行われていないが、電流制御部１３０は、図３に示される減算部３２Ｂ、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７と同様の構成及び動作により、捩れ角制御部３００ａから出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃ及びモータ電流検出器１４０で検出される反力用モータ６１の電流値Ｉｍｒに基づいて、反力用モータ６１を駆動して、電流制御を行う。

転舵角制御では、目標転舵角生成部９１０にて操舵角θｈに基づいて目標転舵角θｔｒｅｆが生成され、目標転舵角θｔｒｅｆは転舵角θｔと共に転舵角制御部９２０に入力され、転舵角制御部９２０にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出される駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、電流制御部９３０が、電流制御部１３０と同様の構成及び動作により、駆動用モータ７１を駆動して、電流制御を行う。

図１４は、目標転舵角生成部の構成例示す図である。目標転舵角生成部９１０は、制限部９３１、レート制限部９３２及び補正部９３３を備える。

制限部９３１は、操舵角θｈの上下限値を制限して、操舵角θｈ１を出力する。図１１に示す捩れ角制御部３００内の出力制限部３５０と同様に、操舵角θｈに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。

レート制限部９３２は、操舵角の急変を回避するために、操舵角θｈ１の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、操舵角θｈ２を出力する。例えば、１サンプル前の操舵角θｈ１からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値（制限値）より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、操舵角θｈ１を加減算し、操舵角θｈ２として出力し、制限値以下の場合は、操舵角θｈ１をそのまま操舵角θｈ２として出力する。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良く、変化量ではなく変化率や差分率に対して制限をかけるようにしても良い。

補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して、目標転舵角θｔｒｅｆを出力する。例えば、目標操舵トルク生成部２００ａ内の基本マップ部２１０のように、操舵角θｈ２の大きさ｜θｈ２｜に対する目標転舵角θｔｒｅｆの特性を定義したマップを用いて、操舵角θｈ２より目標転舵角θｔｒｅｆを求める。或いは、単純に、操舵角θｈ２に所定のゲインを乗算することにより、目標転舵角θｔｒｅｆを求めるようにしても良い。

図１５は、転舵角制御部の構成例を示す図である。転舵角制御部９２０は、図１１に示される捩れ角制御部３００と同様の構成をしており、目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθの代わりに目標転舵角θｔｒｅｆ及び転舵角θｔを入力し、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部９２１、転舵角速度演算部９２２、速度制御部９２３、出力制限部９２６及び減算部９２７が、それぞれ捩れ角ＦＢ補償部３１０、捩れ角速度演算部３２０、速度制御部３３０、出力制限部３５０及び減算部３６１と同様の構成で同様の動作を行う。

次に、第２例における動作例について説明する。図１６は、図１２に示す第２例のコントロールユニットの動作例を示すフローチャートである。

動作を開始すると、角度センサ７３は転舵角θｔを検出し、角度センサ（第２角度センサ）７４はモータ角θｍを検出し（ステップＳ１１０）、転舵角θｔは転舵角制御部９２０に、モータ角θｍは角速度演算部９５１にそれぞれ入力される。

角速度演算部９５１は、モータ角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出し、捩れ角制御部３００ａに出力する（ステップＳ１２０）。

その後、目標操舵トルク生成部２００ａにおいて、図６に示されるステップＳ１０〜Ｓ４０と同様の動作を実行し、反力用モータ６１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ１３０〜Ｓ１６０）。

一方、転舵角制御においては、目標転舵角生成部９１０が操舵角θｈを入力し、操舵角θｈは制限部９３１に入力される。制限部９３１は、予め設定された上限値及び下限値により操舵角θｈの上下限値を制限し（ステップＳ１７０）、操舵角θｈ１としてレート制限部９３２に出力する。レート制限部９３２は、予め設定された制限値により操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけ（ステップＳ１８０）、操舵角θｈ２として補正部９３３に出力する。補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求め（ステップＳ１９０）、転舵角制御部９２０に出力する。

転舵角θｔ及び目標転舵角θｔｒｅｆを入力した転舵角制御部９２０は、減算部９２７にて目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差Δθｔ０を算出する（ステップＳ２００）。偏差Δθｔ０は転舵角ＦＢ補償部９２１に入力され、転舵角ＦＢ補償部９２１は、偏差Δθｔ０に補償値を乗算することにより偏差Δθｔ０を補償し（ステップＳ２１０）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆを速度制御部９２３に出力する。転舵角速度演算部９２２は転舵角θｔを入力し、転舵角θｔに対する微分演算により転舵角速度ωｔｔを算出し（ステップＳ２２０）、速度制御部９２３に出力する。速度制御部９２３は、速度制御部３３０と同様にＩ−Ｐ制御によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出し（ステップＳ２３０）、出力制限部９２６に出力する。出力制限部９２６は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限し（ステップＳ２４０）、モータ電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ２５０）。

モータ電流指令値Ｉｍｃｔは電流制御部９３０に入力され、電流制御部９３０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出された駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、駆動用モータ７１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ２６０）。

なお、図１６におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。また、転舵角制御部９２０内の速度制御部９２３は、捩れ角制御部３００ａ内の速度制御部３３０と同様に、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、ＰＩ−Ｄ制御等、実現可能で、Ｐ、Ｉ及びＤのいずれかの制御を用いていれば良く、更に、転舵角制御部９２０及び捩れ角制御部３００ａでの追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。転舵角制御部９２０については、目標角度（ここでは目標転舵角θｔｒｅｆ）に対して実角度（ここでは転舵角θｔ）が追従する制御構成であれば、車両用装置に用いられている制御構成に限定されず、例えば、産業用位置決め装置や産業用ロボット等に用いられている制御構成を適用しても良い。

図１２に示す例では、１つのＥＣＵ５０で反力装置６０及び駆動装置７０の制御を行っているが、反力装置６０用のＥＣＵと駆動装置７０用のＥＣＵをそれぞれ設けても良い。この場合、ＥＣＵ同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。また、図１２に示されるＳＢＷシステムは反力装置６０と駆動装置７０の間には機械的な結合を持たないが、システムに異常が発生した場合に、コラム軸２と転舵機構をクラッチ等で機械的に結合する機械的トルク伝達機構を備えるＳＢＷシステムにも、本開示は適用可能である。このようなＳＢＷシステムでは、システム正常時はクラッチをオフにして機械的トルク伝達を開放状態とし、システム異常時はクラッチをオンにして機械的トルク伝達を可能状態とする。

また、第１例及び第２例において、捩れ角制御部３００，３００ａは、直接的にモータ電流指令値Ｉｍｃ及びアシスト電流指令値Ｉａｃを演算しているが、それらを演算する前に、先ず出力したいモータトルク（目標トルク）を演算してから、モータ電流指令値及びアシスト電流指令値を演算するようにしても良い。この場合、モータトルクからモータ電流指令値及びアシスト電流指令値を求めるには、一般的に用いられている、モータ電流とモータトルクの関係を使用する。

（実施形態１）
ここまで、車両用操向装置を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に適用した構成の第１例及び第２例について説明した。以下、実施形態１に係る車両用操向装置の舵角処理部６００（図４参照）について説明する。

操舵角に応じて操舵トルクの目標値を設定する構成において、操舵角を取得するセンサが失陥し、操舵角（操舵角に応じたパルス信号）が正常に出力されなくなると、操舵角に基づく制御ができなくなる。特に、電気信号によって操舵機構と転舵機構と間の制御を行う構成のＳＢＷ式の車両用操向装置では、車両が操舵不能状態に陥る可能性がある。

本実施形態に係る車両用操向装置では、実操舵角θｒを検出する舵角センサ１４が失陥した場合に、角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍを用いて推定操舵角θｅを推定し、当該推定操舵角θｅを操舵角θｈとして制御を継続する構成とする。モータ角θｍとして、モータ軸の回転角を用いることができる。

なお、本開示におけるモータ角θｍを検出するセンサとして、モータ回転角の相対角を検出する、いわゆるインクリメント方式を用いる場合はセンサの検出値に対し、モータ２０（又は反力用モータ６１）の回転回数に相当する角度を加えて、モータ角θｍを決定する。なお、モータ角θｍを検出するセンサとして、モータ回転角の絶対角を検出する、いわゆるアブソリュート方式のセンサを用いる場合は、センサの検出値をモータ角θｍとする。

舵角処理部６００には、舵角センサ１４により検出される実操舵角θｒ、舵角異常判定信号θｆａｉｌ、トーションバーの捩れ角Δθ、及び角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍが入力される。

本実施形態において、舵角センサ１４は、例えばハンドル角に応じたパルス信号を実操舵角θｒとして出力する。

舵角異常判定信号θｆａｉｌは、舵角センサ１４から実操舵角θｒが正常に出力されているか否かを示す信号である。具体的に、例えば、舵角処理部６００には、実操舵角θｒが正常に出力されているか否かを示す舵角異常フラグが舵角異常判定信号θｆａｉｌとして入力される。なお、舵角異常判定信号θｆａｉｌは、舵角センサ１４から出力される態様であっても良い。また、舵角異常判定信号θｆａｉｌを出力する構成部は、例えば、コントロールユニット３０の構成部又はコントロールユニット３０の外部にある回路で構成されていても良い。

トーションバーの捩れ角Δθは、上述したように、例えば、舵角センサ１４により検出される実操舵角θｒ（ハンドル角θ_１）、及び、角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍ（コラム角θ_２）の偏差として、上記（１）式により算出される。

以下、舵角処理部６００における動作について、図１７を参照して説明する。図１７は、実施形態１に係る舵角処理部における処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、図１７に示す処理フローでは、操舵角θｈ、操舵角過去値Ｚθｈ、モータ角過去値Ｚθｍ、捩れ角過去値ＺΔθは、前回の処理において、例えば、ＥＣＵ３０（又はＥＣＵ５０）のＥＥＰＲＯＭ１００４に記憶されているものとする。

舵角処理部６００は、舵角センサ１４により検出される実操舵角θｒ、舵角異常判定信号θｆａｉｌ、トーションバーの捩れ角Δθ、及び角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍを取得する（ステップＳ１０１）。

舵角処理部６００は、取得した舵角異常判定信号θｆａｉｌの値が“０”であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここでは、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“１”であるとき、実操舵角θｒが正常に出力されていることを示し、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”であるとき、実操舵角θｒが正常に出力されていないことを示すこととする。

舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“１”、すなわち、実操舵角θｒが正常に出力されている場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、舵角処理部６００は、取得した実操舵角θｒを操舵角θｈとして記憶し（ステップＳ１０３）、当該操舵角θｈを操舵角過去値Ｚθｈとして記憶する（ステップＳ１０４）。また、舵角処理部６００は、取得したモータ角θｍをモータ角過去値Ｚθｍとして記憶すると共に、取得した捩れ角Δθを捩れ角過去値ＺΔθとして記憶する（ステップＳ１０５）。操舵角θｈ、操舵角過去値Ｚθｈ、モータ角過去値Ｚθｍ、捩れ角過去値ＺΔθは、例えば、ＥＣＵ３０（又はＥＣＵ５０）のＥＥＰＲＯＭ１００４に記憶される。すなわち、操舵角θｈ、操舵角過去値Ｚθｈ、モータ角過去値Ｚθｍ、捩れ角過去値ＺΔθは、前回までの処理の最終値が記憶される。

舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”、すなわち、実操舵角θｒが正常に出力されていない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、舵角処理部６００は、実操舵角θｒが正常に出力されなかった回数、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”となった異常回数をカウントし（ステップＳ１０６）、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”となった異常回数が“１”であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

異常回数のカウント数が“１”、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”（ステップＳ１０２；Ｎｏ）となったことが初回である場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、舵角処理部６００は、モータ角過去値Ｚθｍをモータ初期角度θ０として記憶し、捩れ角過去値ＺΔθを初期捩れ角Δθ０として記憶し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０９の処理に移行する。

異常回数のカウント数が“２”以上である、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”（ステップＳ１０２；Ｎｏ）となったことが２回以上である場合（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、舵角処理部６００は、ステップＳ１０９の処理に移行し、モータ２０の相対角度Δθｍを算出すると共に、トーションバーの捩れ角の差分Δｄを算出する（ステップＳ１０９）。モータ２０の相対角度Δθｍは、下記（１１）式で表される。トーションバーの捩れ角の差分Δｄは、下記（１２）式で表される。

Δθｍ＝θｍ−θ０・・・（１１）

Δｄ＝Δθ−Δθ０・・・（１２）

そして、舵角処理部６００は、下記（１３）式に示す推定操舵角θｅの推定演算式を用いて推定操舵角θｅを算出し（ステップＳ１１０）、当該推定操舵角θｅを操舵角θｈとして記憶する（ステップＳ１１１）。

θｅ＝Ｚθｈ＋Δｄ＋Δθｍ×Ｃｇ・・・（１３）

上記（１３）式において、Ｃｇは、減速機構３におけるギア比である。上記（１３）式により、舵角センサ１４が失陥していない状態、すなわち、舵角センサ１４が健全であったときの操舵角θｈの過去値である操舵角過去値Ｚθｈに対し、トーションバーの捩れ角の差分Δｄと、モータ２０の相対角度Δθｍに減速機構３におけるギア比Ｃｇを乗じて操舵角の相対角度に変換した値であるΔθｍ×Ｃｇとを加算することで、角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍを用いた推定操舵角θｅの推定が可能となる。

そして、舵角処理部６００は、ステップＳ１０３又はステップＳ１１１において記憶した操舵角θｈを、目標操舵トルク生成部２００，２００ａに出力する（ステップＳ１１２）。その後、舵角処理部６００は、ステップＳ１０１の処理に戻り、図１７に示す処理フローを繰り返す。これにより、実操舵角θｒを検出する舵角センサ１４が失陥した場合でも、角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍを用いて推定操舵角θｅを推定し、当該推定操舵角θｅを操舵角θｈとして制御を継続することが可能となる。

本実施形態により、操舵角に対する冗長性を確保することができる車両用操向装置を提供することができる。

（実施形態２）
図１８は、実施形態２に係る舵角処理部の一構成例を示すブロック図である。なお、実施形態２に係る車両用操向装置を適用した構成の第１例及び第２例の舵角処理部を除く、実施形態１と同一の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図１８に示す実施形態２に係る舵角処理部６００ａは、推定舵角演算部６０１と、切替部６０２と、を含む点で、実施形態１と異なる。

推定舵角演算部６０１は、舵角センサ１４から実操舵角θｒが正常に出力されていない場合、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌが舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”であるとき、角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍを用いて推定操舵角θｅを推定する。

切替部６０２は、舵角異常判定信号θｆａｉｌに基づき、舵角センサ１４から出力される実操舵角θｒと、推定舵角演算部６０１から出力される推定操舵角θｅとを切り替えて、操舵角θｈとして出力する。

具体的に、切替部６０２は、舵角センサ１４から実操舵角θｒが正常に出力されている場合、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌが舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“１”であるとき、舵角センサ１４から出力されている実操舵角θｒを操舵角θｈとして目標操舵トルク生成部２００，２００ａに出力する。

また、切替部６０２は、舵角センサ１４から実操舵角θｒが正常に出力されていない場合、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌが舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”であるとき、推定舵角演算部６０１から出力される推定操舵角θｅを操舵角θｈとして目標操舵トルク生成部２００，２００ａに出力する。

以下、舵角処理部６００ａにおける動作について、図１９及び図２０を参照して説明する。図１９は、実施形態２に係る舵角処理部の推定舵角演算部における推定操舵角の算出処理フローの一例を示すフローチャートである。図２０は、実施形態２に係る舵角処理部の切替部における実操舵角と推定操舵角との切り替え処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、図１９に示す推定操舵角θｅの算出処理フローでは、実施形態１と同様に、操舵角θｈ、操舵角過去値Ｚθｈ、モータ角過去値Ｚθｍ、捩れ角過去値ＺΔθは、前回の処理において、例えば、ＥＣＵ３０（又はＥＣＵ５０）のＥＥＰＲＯＭ１００４に記憶されているものとする。すなわち、操舵角θｈ、操舵角過去値Ｚθｈ、モータ角過去値Ｚθｍ、捩れ角過去値ＺΔθは、前回までの処理の最終値が記憶される。

まず、推定舵角演算部６０１における推定操舵角θｅの算出処理フローについて、図１９を参照して説明する。

推定舵角演算部６０１は、舵角センサ１４により検出される実操舵角θｒ、舵角異常判定信号θｆａｉｌ、トーションバーの捩れ角Δθ、及び角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍを取得する（ステップＳ２０１）。

推定舵角演算部６０１は、取得した舵角異常判定信号θｆａｉｌの値が“０”であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。ここでは、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“１”であるとき、実操舵角θｒが正常に出力されていることを示し、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”であるとき、実操舵角θｒが正常に出力されていないことを示すこととする。

舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“１”、すなわち、実操舵角θｒが正常に出力されている場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、推定舵角演算部６０１は、取得した実操舵角θｒを操舵角θｈとして記憶し（ステップＳ２０３）、当該操舵角θｈを操舵角過去値Ｚθｈとして記憶する（ステップＳ２０４）。また、推定舵角演算部６０１は、取得したモータ角θｍをモータ角過去値Ｚθｍとして記憶すると共に、取得した捩れ角Δθを捩れ角過去値ＺΔθとして記憶し（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０１の処理に戻る。操舵角θｈ、操舵角過去値Ｚθｈ、モータ角過去値Ｚθｍ、捩れ角過去値ＺΔθは、例えば、ＥＣＵ３０（又はＥＣＵ５０）のＥＥＰＲＯＭ１００４に記憶される。

舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”、すなわち、実操舵角θｒが正常に出力されていない場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、推定舵角演算部６０１は、実操舵角θｒが正常に出力されなかった回数、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”となった異常回数をカウントし（ステップＳ２０６）、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”となった異常回数が“１”であるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。

異常回数のカウント数が“１”、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”（ステップＳ２０２；Ｎｏ）となったことが初回である場合（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）、推定舵角演算部６０１は、モータ角過去値Ｚθｍをモータ初期角度θ０として記憶し、捩れ角過去値ＺΔθを初期捩れ角Δθ０として記憶し（ステップＳ２０８）、ステップＳ２０９の処理に移行する。

異常回数のカウント数が“２”以上である、すなわち、舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“０”（ステップＳ１０２；Ｎｏ）となったことが２回以上である場合（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、推定舵角演算部６０１は、ステップＳ２０９の処理に移行し、上記（１１）式を用いて、モータ２０の相対角度Δθｍを算出すると共に、上記（１２）式を用いて、トーションバーの捩れ角の差分Δｄを算出する（ステップＳ２０９）。

そして、推定舵角演算部６０１は、上記（１３）式に示す推定操舵角θｅの推定演算式を用いて推定操舵角θｅを算出し（ステップＳ２１０）、当該推定操舵角θｅを操舵角θｈとして出力し（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０１の処理に戻り、図１９に示す処理フローを繰り返す。

次に、切替部６０２における実操舵角θｒと推定操舵角θｅとの切り替え処理フローについて、図２０を参照して説明する。

切替部６０２は、舵角異常判定信号θｆａｉｌの値が“０”であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“１”、すなわち、実操舵角θｒが正常に出力されている場合（ステップＳ３０１；Ｙｅｓ）、切替部６０２は、舵角センサ１４から出力されている実操舵角θｒを操舵角θｈとして（ステップＳ３０２）、目標操舵トルク生成部２００，２００ａに出力する（ステップＳ３０４）。

舵角異常判定信号θｆａｉｌの舵角異常フラグ値が“１”、すなわち、実操舵角θｒが正常に出力されている場合（ステップＳ３０１；Ｎｏ）、切替部６０２は、推定舵角演算部６０１から出力される推定操舵角θｅを操舵角θｈとし（ステップＳ３０３）、当該操舵角θｈを、目標操舵トルク生成部２００，２００ａに出力する（ステップＳ３０４）。

その後、切替部６０２は、ステップＳ３０１の処理に戻り、図２０に示す処理フローを繰り返す。

上述した図１９及び図２０に示す処理フローにより、実操舵角θｒを検出する舵角センサ１４が失陥した場合でも、角度センサ１５（又は角度センサ７４）により検出されるモータ角θｍを用いて推定操舵角θｅを推定し、当該推定操舵角θｅを操舵角θｈとして制御を継続することが可能となる。

本実施形態の構成では、図１９に示す推定操舵角θｅの算出処理と、図２０に示す実操舵角θｒと推定操舵角θｅとの切り替え処理とを分離することができる。また、実操舵角θｒが出力されていない場合に推定操舵角θｅを算出するので、実操舵角θｒが出力されているときの処理を軽減することができる。

本実施形態により、操舵角に対する冗長性を確保することができる車両用操向装置を提供することができる。

なお、上述で使用した図は、本開示に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本開示の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。また、ハンドルと、モータ又は反力モータの間に任意のバネ定数を有する機構であれば、トーションバーに限定しなくても良い。

１ ハンドル
２ コラム軸
２Ａ トーションバー
３ 減速機構
４ａ、４ｂ ユニバーサルジョイント
５ ピニオンラック機構
６ａ，６ｂ タイロッド
７ａ，７ｂ ハブユニット
８Ｌ，８Ｒ 操向車輪
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
１４ 舵角センサ（第１角度センサ）
１５ 角度センサ（第２角度センサ）
２０ モータ
３０，５０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
６０ 反力装置
６１ 反力用モータ
７０ 駆動装置
７１ 駆動用モータ
７２ ギア
７３ 角度センサ
７４ 角度センサ（第２角度センサ）
１００ ＥＰＳ操舵系／車両系
１３０ 電流制御部
１４０ モータ電流検出器
２００，２００ａ 目標操舵トルク生成部
２１０ 基本マップ部
２１１ 乗算部
２２０ 微分部
２３０ ダンパゲインマップ部
２４０ ヒステリシス補正部
２６１，２６２ 加算部
３００，３００ａ 捩れ角制御部
３１０ 捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
３２０ 捩れ角速度演算部
３３０ 速度制御部
３３１ 積分部
３３２ 比例部
３３３，３３４ 減算部
３５０ 出力制限部
３６１ 減算部
４００ 操舵方向判定部
５００ 変換部
６００，６００ａ 舵角処理部
６０１ 推定舵角演算部
６０２ 切替部
９１０ 目標転舵角生成部
９２０ 転舵角制御部
９２１ 転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
９２２ 転舵角速度演算部
９２３ 速度制御部
９２６ 出力制限部
９２７ 減算部
９３０ 電流制御部
９３１ 制限部
９３３ 補正部
９３２ レート制限部
９４０ モータ電流検出器
９５１ 角速度演算部
１００１ ＣＰＵ
１００５ インターフェース
１００６ Ａ／Ｄ変換器
１００７ ＰＷＭコントローラ
１１００ 制御用コンピュータ（ＭＣＵ）

Claims (4)

1. 操舵力を補助するモータを駆動制御することにより、減速機構を介して車両の操舵系をアシスト制御する車両用操向装置であって、
   前記車両のコラム軸に設けられたトーションバーと、
   実操舵角を検出する第１角度センサと、
   モータ角を検出する第２角度センサと、
   前記第１角度センサから実操舵角が出力されている場合に、当該実操舵角を操舵角として出力し、前記第１角度センサから実操舵角が出力されていない場合に、前記第２角度センサから出力されるモータ角に基づき推定した推定値を操舵角として出力する舵角処理部と、
   前記操舵角に基づき、前記操舵系をアシスト制御する際の目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
   前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、
   前記操舵角と前記モータ角との差分に基づき決定される前記トーションバーの捩れ角が前記目標捩れ角となるような前記モータの電流指令値を演算する捩れ角制御部と、
   を備える
   車両用操向装置。
2. 前記舵角処理部は、
   前記第１角度センサから実操舵角が出力されているときの当該実操舵角の最終値、前記第２角度センサから出力されたモータ角の最終値、及び前記トーションバーの捩れ角の最終値を保持し、
   前記第１角度センサから実操舵角が出力されなくなった場合に、前記実操舵角の最終値に対し、前記トーションバーの捩れ角の最終値と前記トーションバーの捩れ角との差分と、前記モータ角の最終値と前記第２角度センサから出力されるモータ角との相対角度に前記減速機構のギア比を乗じて操舵角の相対角度に変換した値と、を加算して、前記推定値を算出する
   請求項１に記載の車両用操向装置。
3. 前記舵角処理部は、
   前記推定値を算出する推定舵角演算部と、
   前記第１角度センサから出力される実操舵角と前記推定舵角演算部から出力される推定値とを切り替えて、前記目標操舵トルク生成部に出力する切替部と、
   を備える
   請求項２に記載の車両用操向装置。
4. 前記推定舵角演算部は、
   前記第１角度センサから実操舵角が出力されていない場合に、前記推定値を算出し、
   前記切替部は、
   前記第１角度センサから実操舵角が出力されている場合に、当該実操舵角を操舵角として前記目標操舵トルク生成部に出力し、
   前記第１角度センサから実操舵角が出力されていない場合に、前記推定値を操舵角として前記目標操舵トルク生成部に出力する
   請求項３に記載の車両用操向装置。

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