電動パワーステアリング装置
【課題】車速検出信号に異常が発生した場合であっても、適正に操舵補助力を付与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。
【解決手段】操舵系に操舵補助力を付与する電動モータ１２を備え、車速Ｖ及び操舵トルクＴに基づいて操舵補助トルク指令値を演算し、操舵補助トルク指令値に基づいて電動モータ１２を駆動制御する。ここで、車速センサ１６に異常が発生している場合には、ＣＡＮ上のデータ（タービン回転数ＴＲ、ギア位置ｎ等）を用いて推定した車速ＶＳＰを操舵補助制御に用いる車速Ｖとする。
【解決手段】操舵系に操舵補助力を付与する電動モータ１２を備え、車速Ｖ及び操舵トルクＴに基づいて操舵補助トルク指令値を演算し、操舵補助トルク指令値に基づいて電動モータ１２を駆動制御する。ここで、車速センサ１６に異常が発生している場合には、ＣＡＮ上のデータ（タービン回転数ＴＲ、ギア位置ｎ等）を用いて推定した車速ＶＳＰを操舵補助制御に用いる車速Ｖとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）から車両位置情報を取得し、当該車両位置情報に基づいて算出した車速推定値と、車速センサで検出した車速検出値とを比較することで、車速センサに異常が発生しているか否かを判断する車両のセンサフェイル検出装置が知られている（例えば、特許文献１）。
そして、従来の電動パワーステアリング装置では、車速センサに異常が発生していると判断したとき、車速信号をある車速に固定して操舵補助制御を行うことで、操舵アシストを継続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４１６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電動パワーステアリング装置にあっては、車速センサに異常が発生しているとき、車速信号を固定値としているので、据え切り時を含む極低速走行状態での操舵において操舵補助力の付与が不足し、通常の操舵補助制御時と比較してハンドルが重くなったり、高速走行状態での操舵において操舵補助力の付与が過大となり、車両挙動が不安定となったりするなど、運転者に違和感を与えてしまう。
そこで、本発明は、車速検出信号に異常が発生した場合であっても、適正に操舵補助力を付与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課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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を備える電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、該車速検出手段の異常を検出する異常検出手段と、車載ＬＡＮシステムの通信ラインを介して通信可能に接続された外部の電子制御ユニットと、前記異常検出手段で前記車速検出手段の異常を検出したとき、前記通信ライン上の前記外部の電子制御ユニットにおける制御で用いる信号に基づいて車速を推定する車速推定手段と、前記異常が非検出であるとき、少なくとも前記操舵トルク及び前記車速検出値に基づいて前記電動モータを駆動制御し、前記異常を検出したとき、少なくとも前記操舵トルク及び前記車速推定値に基づいて前記電動モータを駆動制御する操舵補助制御手段と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
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、エンジンと、該エンジンにトルクコンバータを介して接続された変速機とを備え、前記外部の電子制御ユニットは前記変速機を制御するものであって、前記車速推定手段は、前記トルクコンバータのタービン回転数及び前記変速機の変速段に基づいて車速を推定す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２に係る発明において、前記異常が非検出であるとき、前記車速検出値と前記タービン回転数とに基づいて、前記変速段毎の車両固有値を演算する車両固有値演算手段と、該車両固有値演算手段で演算した車両固有値を学習値として記憶する記憶手段とを有し、前記車速推定手段は、前記異常を検出したとき、前記記憶手段に記憶した車両固有値と前記タービン回転数とに基づいて車速を推定することを特徴としている。
【０００７】
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３に係る発明において、前記車両固有値演算手段は、所定期間内に演算した車両固有値の加重平均値をと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３又は４に係る発明において、前記記憶手段は、前記学習値と前記車両固有値演算手段で演算した最新の車両固有値との間に所定値以上の差が発生したとき、前記車両固有値演算手段で演算した最新の車両固有値で前記学習値の更新を行うことを特徴としている。
【０００８】
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に係る発明において、自車両の走行地点を検出する走行地点検出手段と、自車両が走行する道路情報を有する道路情報提供手段とを備え、前記外部の電子制御ユニットは、前記走行地点検出手段で検出した走行地点及び前記道路情報提供手段で提供される道路情報に基づいて、自車両のナビゲーション制御を行うものであって、前記車速推定手段は、前記走行地点検出手段で検出した走行地点及び前記道路情報提供手段で提供される道路情報に基づいて、所定期間での自車両の位置変化量を算出し、当該位置変化量に基づいて車速を推定す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６に係る発明において、前記車速推定手段は、前記位置変化量に基づいて推定した車速を、所定の割合で増加補正することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車速検出信号に異常が発生したとき、外部の電子制御ユニットで用いる車載ＬＡＮシステムの通信ライン上のデータ（例えば、エンジン回転数や変速機のギア位置といった車両の駆動系の情報等）に基づいて推定した車速を用いて操舵補助制御を継続するので、適正に操舵補助力を付与することができ、運転者に違和感のない操舵補助制御を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】第１の実施形態における操舵補助制御装置を示すブロック図である。
【図３】車載ユニット間通信の概要を示す図である。
【図４】操舵補助トルク指令値の算出マップである。
【図５】第２の実施形態における操舵補助制御装置を示すブロック図である。
【図６】第３の実施形態における操舵補助制御装置を示すブロック図である。
【図７】第４の実施形態における操舵補助制御装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。
【００１２】
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。
【００１３】
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等の減速機１１と、この減速機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。
【００１４】
操舵補助制御装置（ＥＰＳ＿ＥＣＵ）２０には、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１６で検出された車速検出値Ｖｓが入力される。そして、操舵補助制御装置２０は、車速センサ１６に異常が発生していない正常時には、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖｓに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助力制御を行い、車速センサ１６に異常が発生している異常発生時には、トルク検出値Ｔ及び後述する車速推定値ＶＳＰに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助力制御を行う。
【００１５】
図２は、第１の実施形態における操舵補助制御装置２０の構成を示すブロック図である。この図２に示すように、操舵補助制御装置２０は、異常検出部２１と、車速推定部２２と、車速出力部２３と、操舵補助指令値演算部２４と、減算部２５と、電流制御部２６と、モータ駆動部２７とを備えている。
また、この車両には、エンジン５１と、自動変速機５２とが設けられており、エンジン５１のクランク軸５３と自動変速機５２の入力軸５４との間には、トルクコンバータ５５が介設されている。
【００１６】
そして、エンジン５１の回転は、トルクコンバータ５５を介して自動変速機５２に伝わり、各ギア位置のギア比によって減速された回転がディファレンシャルギア５６に伝わり、更に減速された後にタイヤ５７を回転させるようになっている。
ここで、トルクコンバータ５５のタービン回転数ＴＲおよび自動変速機５２のギア位置ｎは、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ユニット間通信をモニタすることで取得するものとする。
【００１７】
図３は、車載ユニット間通信の一例を示す図である。
この図３に示すように、ＣＡＮ通信ライン１００には、操舵補助制御用のＥＰＳ＿ＥＣＵ２０、トランスミッション制御用のＡＴ＿ＥＣＵ２１０、ナビゲーションシステム用のＧＰＳ＿ＥＣＵ２２０、ＡＢＳ制御用のＡＢＳ＿ＥＣＵ２３０などの電子制御ユニットが接続されており、各ＥＣＵはＣＡＮ通信ライン１００を介して相互に通信可能となっている。
図２の異常検出部２１は、車速センサ１６に異常が発生しているか否かを判定し、その判定結果として異常判定フラグＦＬを車速出力部２３に出力する。ここでは、車速センサ１６から車速信号Ｖｓが正常に出力されているか否かに応じて車速判定を行うものとし、車速センサ１６から車速信号Ｖｓが出力されていないとき、当該車速センサ１６に異常が発生していると判定する。
【００１８】
車速推定部２２は、ＡＴ＿ＥＣＵ２１０のトランスミッション制御で用いられるタービン回転数ＴＲおよび自動変速機５２のギア位置ｎが入力され、これらに基づいて、次式をもとに車速ＶＳＰを推定する。
ＶＳＰ［ｋｍ／ｈ］＝（２πｒ／１０００）・（ＴＲ［ｒｐｍ］・６０／（ＭＧＲ（ｎ）・ＦＧＲ）） ………（１）
ここで、ｒはタイヤ半径、ＭＧＲ（ｎ）はｎ速時におけるミッションギア比、ＦＧＲはファイナルギア比であり、それぞれ固定値である。
【００１９】
したがって、これらｒ、ＭＧＲ（ｎ）及びＦＧＲをＥＣＵ内部に定数として持ち、ギア位置ｎに対応するミッションギア比ＭＧＲ（ｎ）を選択することにより、上記（１）式をもとに車速ＶＳＰの推定が可能となる。
なお、車速ＶＳＰの推定に際し、タービン回転数ＴＲに代えてエンジン回転数を用いることもできるが、トルクコンバータ５５のスリップを考慮すると、タービンセンサ信号（タービン回転数ＴＲ）を用いることが望ましい。
車速出力部２３は、異常検出部２１から出力される異常判定フラグＦＬに応じて、車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖｓおよび車速推定部２２で推定した車速推定値ＶＳＰの何れか一方を選択し、それを車速Ｖとして操舵補助指令値演算部２４に出力する。
【００２０】
すなわち、異常判定フラグＦＬが、車速センサ１６に異常が発生していないことを示す“０”であるときには、切換スイッチ２３ａを実線で示す状態として車速検出値Ｖｓを選択し、異常判定フラグＦＬが、車速センサ１６に異常が発生していることを示す“１”となると、切換スイッチ２３ａを破線で示す状態へ切り換えて、車速推定値ＶＳＰを選択して出力するようになっている。
操舵補助指令値演算部２４は、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴ及び車速出力部２３から出力される車速Ｖが入力され、図４に示す算出マップを参照して、操舵トルクＴ及び車速Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生するための操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆを算出する。
【００２１】
この算出マップは、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Ｉｒｅｆ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Ｉｒｅｆ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トルク指令値Ｉｒｅｆ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Ｉｒｅｆ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。
【００２２】
減算部２５は、操舵補助指令値演算部２４から出力される操舵補助指令値Ｉｒｅｆと、モータ電流検出器１４で検出されたモータ電流Ｉｍとを減算処理し、その電流偏差ΔＩを電流制御部２６に出力する。
電流制御部２６は、電流偏差ΔＩに対してＰＩ制御を施して電流制御値（電圧指令値）Ｅを算出し、電流制御値Ｅに基づいてモータ駆動部２７の半導体スイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比を演算し、これをモータ駆動部２７に出力する。
モータ駆動部２７は、前記デューティ比に基づいて半導体スイッチング素子で構成されたＨブリッジ回路を作動させて電動モータ１２を駆動する。
このように、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉｍは、モータ電流検出器１４で検出され、減算器２５に入力されてフィードバックされる。
【００２３】
次に、第１の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、車両が低速走行中であり、車速センサ１６が正常に動作しているものとすると、操舵補助制御装置２０の異常検出部２１は、異常判定フラグＦＬ＝０を車速出力部２３に出力し、切換スイッチ２３ａが図２の実線で示す状態となる。そのため、車速出力部２３は、車速センサ１６で検出される車速検出値Ｖｓを操舵補助制御に用いる車速Ｖとして出力する。
したがって、操舵補助指令値演算部２４では、操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが演算され、その操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆに基づいて電動モータ１２が駆動制御され、運転者の操舵がアシストされる。
【００２４】
ここで、車両は低速走行を行っているため、操舵補助指令値演算部２４では、図３における比較的内側の特性曲線をもとに、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Ｉｒｅｆが算出される。その結果、運転者は低速走行時における操舵を軽く行うことができる。
この状態から、車速センサ１６に異常が発生したものとすると、異常検出部２１は、異常判定フラグＦＬ＝１を車速出力部２３に出力し、切換スイッチ２３ａが図２の破線に示す状態に切り換わる。そのため、車速出力部２３は、車速推定部２２で推定された車速推定値ＶＳＰを操舵補助制御に用いる車速Ｖとして出力する。
【００２５】
このとき、車速推定部２２では、ＣＡＮ通信ライン上のデータであるトルクコンバータ５５のタービン回転数ＴＲと、自動変速機５２のギア位置ｎとに基づいて、車速推定値ＶＳＰを算出する。
そして、操舵補助指令値演算部２４では、操舵トルクＴ及び車速推定値ＶＳＰに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが演算され、その操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆに基づいて電動モータ１２が駆動制御される。このように、車速センサ１６の異常発生時であっても、実際の走行車速に応じた操舵アシストを行うことができる。
【００２６】
ところで、一般に、電動パワーステアリング装置にあっては、車速センサに異常が発生しているとき、車速信号を予め設定された固定値として操舵補助制御を行うことで、操舵アシストを継続している。
しかしながら、通常、前述した図４に示すように、車速に応じて操舵補助力の特性曲線が変化するように設定されているため、車速信号を固定値として操舵補助制御を行った場合、据え切り時を含む極低速走行状態での操舵において操舵補助力の付与が不足し、通常の操舵補助制御時と比較してハンドルが重くなったり、高速走行状態での操舵において操舵補助力の付与が過大となり、車両挙動が不安定となったりするなど、運転者に違和感を与えてしまう。
【００２７】
これに対して本実施形態では、車速センサ１６に異常が発生した場合には、車速推定値ＶＳＰを用いて操舵補助制御を行うので、自車両の走行車速に応じた適正な操舵補助力の付与が行われる。
このように、上記第１の実施形態では、車速検出手段に異常が発生していると判断したときには、車速推定値を用いて操舵補助制御を継続するので、運転者に違和感のない操舵補助制御を行うことができる。
また、車速推定をＣＡＮ上の車速が算出可能な信号を用いて行うので、既存の車載データを用いた車速推定処理を行うことができる。その結果、車速推定用の信号や、それを検出するためのセンサを新たに設ける必要がない。
【００２８】
さらに、車速推定に際し、トルクコンバータのタービン回転数とギア位置とを用いるため、トランスミッション制御ユニットを搭載している車両であれば、容易に車速推定が可能となる。
なお、図２において、車速センサ１６が車速検出手段に対応し、異常検出部２１が異常検出手段に対応し、車速推定部２２が車速推定手段に対応し、車速出力部２３、操舵補助指令値演算部２４、減算部２５、電流制御部２６及びモータ駆動部２７が操舵補助制御手段に対応している。
【００２９】
次に、本発明における第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、車速推定に学習機能を付加し、汎用性を持たせるようにしたものである。
図５は、第２の実施形態における操舵補助制御装置２０の構成を示すブロック図である。この図５に示すように、本実施形態における操舵補助制御装置２０は、前述した図２に示す操舵補助制御装置２０において、後述する車両固有値Ｘ（ｎ）を演算する車両固有値演算部３１と、車両固有値Ｘ（ｎ）を記憶する記憶回路３２とが追加され、車速推定部２２がタービン回転数ＴＲ，ギア位置ｎ、及び記憶回路３２に記憶された車両固有値Ｘ（ｎ）に基づいて車速ＶＳＰを推定する車速推定部３３に置換されていることを除いては、図２と同様の処理を有するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００３０】
車両固有値演算部３１には、異常判定フラグＦＬ、車速検出値Ｖｓ、タービン回転数ＴＲおよびギア位置ｎが入力され、異常判定フラグＦＬが車速センサ１６に異常が発生していないことを示す“０”であるときに、下記（２）式をもとに車両固有値Ｘ（ｎ）を算出する。
Ｘ（ｎ）＝Ｖｓ／（Ａ・ＴＲ） ………（２）
ここで、Ａは定数であり、３π／２５である。
【００３１】
以下、上記（２）式の導出方法について説明する。
先ず、上記（１）式を変形すると、
ＶＳＰ＝３π／２５・ｒ／（ＭＧＲ（ｎ）・ＦＧＲ）・ＴＲ ………（３）
となる。
ここで、ｒ／（ＭＧＲ（ｎ）・ＦＧＲ）を変数Ｘ（ｎ）とし、３π／２５を定数Ａとすると、上記（３）式は次式で表される。
ＶＳＰ＝Ａ・Ｘ（ｎ）・ＴＲ ………（４）
【００３２】
したがって、この（４）式を変形することより、上記（２）式が導出される。
この車両固有値演算部３１では、ギア毎に一定時間サンプリングしたデータから、上記（２）式をもとに算出した車両固有値Ｘ（ｎ）の加重平均値を求め、これを車両固有値Ｘ（ｎ）の最新値とする。
そして、記憶回路３２に記憶された車両固有値Ｘ（ｎ）の学習値と上記最新値とを比較し、所定値以上の差が生じた場合、当該最新値で学習値の更新を行う。ここで、上記所定値は、タイヤサイズ（タイヤ半径ｒ）やファイナルギア比ＦＧＲ等、車両毎に設定される定数が変更されたと判断できる程度の値に設定する。
【００３３】
記憶回路３２には、ギア毎に車両固有値Ｘ（ｎ）の学習値が記憶されており、車両固有値演算部３１で演算された車両固有値Ｘ（ｎ）の最新値によって、当該学習値が更新可能に構成されている。ここで、学習値のデフォルト値は、学習終了前に車速センサ１６に異常が発生した場合に、安定性を確保するために通常制御時の定数より若干重めに車格にあわせて設定しておく。
車速推定部３３では、記憶回路３２に記憶されたギア毎の車両固有値Ｘ（ｎ）の中から、入力されたギア位置ｎに対応する車両固有値Ｘ（ｎ）を選択し、その車両固有値Ｘ（ｎ）とタービン回転数ＴＲとに基づいて、前記（４）式をもとに車速ＶＳＰを推定する。
なお、図５において、車両固有値演算部３１が車両固有値演算手段に対応し、記憶回路３２が記憶手段に対応している。
【００３４】
次に、第２の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、シフトポジションが１速となっている状態で車両が走行中であるものとする。このとき、車速センサ１６が正常に動作しているものとすると、操舵補助制御装置２０の異常検出部２１は、異常判定フラグＦＬ＝０を車速出力部２３に出力し、切換スイッチ２３ａが図２の実線で示す状態となる。そのため、車速出力部２３は、車速センサ１６で検出される車速検出値Ｖｓを操舵補助制御に用いる車速Ｖとして出力する。
したがって、操舵補助指令値演算部２４では、操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが演算され、その操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆに基づいて電動モータ１２が駆動制御され、運転者の操舵がアシストされる。
【００３５】
また、このとき、異常検出部１２から出力される異常判定フラグＦＬ＝０は、車両固有値演算部３１にも入力される。そして、車両固有値演算部３１は、車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖｓとタービン回転数ＴＲとに基づいて、上記（２）式をもとに１速での車両固有値Ｘ（１）を算出する。この車両固有値Ｘ（１）は、記憶回路３２に学習値として記憶される。
その後、シフトポジションが１速から２速へ切り換わると、車両固有値演算部３１は、車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖｓとタービン回転数ＴＲとに基づいて、上記（２）式をもとに２速での車両固有値Ｘ（２）を算出する。この車両固有値Ｘ（２）は、記憶回路３２に学習値として記憶される。このように、記憶回路３２には、ギア毎の車両固有値Ｘ（ｎ）が記憶される。
【００３６】
なお、その間、操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づいた通常の操舵補助制御が継続される。
この状態から車速センサ１６に異常が発生すると、異常検出部２１は、異常判定フラグＦＬ＝１を車速出力部２３に出力し、切換スイッチ２３ａが図２の破線に示す状態に切り換わる。そのため、車速出力部２３は、車速推定部３３で推定された車速推定値ＶＳＰを操舵補助制御に用いる車速Ｖとして出力する。
このとき、ギア位置ｎ＝２であるため、車速推定部３３では、記憶回路３２に記憶されたギア毎の車両固有値Ｘ（ｎ）の中から、２速に対応する車両固有値Ｘ（２）を選択し、この車両固有値Ｘ（２）とタービン回転数ＴＲとに基づいて、上記（４）式をもとに車速推定値ＶＳＰを算出する。
【００３７】
そして、操舵補助指令値演算部２４では、操舵トルクＴ及び車速推定値ＶＳＰに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが演算され、その操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆに基づいて電動モータ１２が駆動制御される。このように、車速センサ１６の異常発生時であっても、実際の走行車速に応じた操舵アシストを行うことができる。
一方、ユーザーがタイヤ交換を行い、タイヤ半径ｒが変更されたものとする。このとき、車速センサ１６が正常に動作しているものとすると、車両固有値演算部３１では、タイヤサイズが変更された新たな車両状態での車両固有値Ｘ（ｎ）が算出され、記憶回路３２の学習値が更新される。
【００３８】
すなわち、例えば２速で走行している場合、車両固有値演算部３１は車両固有値Ｘ（２）を算出し、この最新値と記憶回路３２に記憶されている学習値である車両固有値Ｘ（２）とを比較する。タイヤ半径ｒが変更されており、車両固有値Ｘ（２）の最新値と学習値との差が所定値以上となるため、学習値の更新がなされる。
したがって、この状態で車速センサ１６に異常が発生した場合には、更新後の車両固有値Ｘ（２）に基づいて車速推定を行うことができ、ユーザーがタイヤを交換した場合であっても、適正な推定車速で操舵補助制御を継続することができる。
このように、上記第２の実施形態では、車速センサ１６が正常であるときに車両固有値Ｘ（ｎ）を学習しておくことで、タイヤサイズやファイナルギアが変更された場合であっても、車速を精度良く推定することができる。その結果、車両毎に定数を設定する必要がなくなり、汎用性を持たせることができる。
【００３９】
次に、本発明における第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、自車位置の変化量に基づいて車速ＶＳＰを推定するようにしたものである。
図６は、第３の実施形態における操舵補助制御装置２０の構成を示すブロック図である。
この車両には、ＧＰＳ＿ＥＣＵ２２０で用いるナビゲーションシステム６０が搭載されており、このナビゲーションシステム６０からの自車位置情報が、操舵補助制御装置２０に入力されるようになっている。また、この図６に示すように、本実施形態における操舵補助制御装置２０は、前述した図２に示す操舵補助制御装置２０において、車速推定部２２が自車位置情報に基づいて車速ＶＳＰを推定する車速推定部４１に置換されていることを除いては、図２と同様の処理を有するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００４０】
ナビゲーションシステム６０は、自車両の走行位置を検出する走行地点検出手段としてのＧＰＳと、ＧＰＳから入力された自車位置データとマッチングするための道路情報を格納した、道路情報提供手段としての道路地図データとから構成されている。そして、ナビゲーションシステム６０は、ＧＰＳと道路地図データとに基づいて自車位置情報を出力するようになっている。
車速推定部４１では、今回取得した自車位置と前回取得した自車位置との差から車速ＶＳＰを推定する。
【００４１】
このとき、衛星からの電波の受信状態が不安定なことを考慮して、自車位置情報から得られた車速推定値ＶＳＰにある係数を掛け合わせ、実際に制御に用いる車速は推定車速よりも若干高めに補正することで、安全性を確保する。
このように、上記第３の実施形態では、車速センサに異常が発生したときの車速推定を、自車位置情報を用いて行うので、ＧＰＳユニット（ナビゲーションシステム）を搭載している車両であれば容易に車速推定が可能となる。
【００４２】
次に、本発明における第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、加速度センサの出力信号に基づいて車速ＶＳＰを推定するようにしたものである。
図７は、第４の実施形態における操舵補助制御装置２０の構成を示すブロック図である。
この車両には、ＡＢＳシステムやエアバッグシステムにおける車体の状態取得、衝撃感知の目的で加速度センサ１８が搭載されており、この加速度センサ１８から出力される加速度αが、操舵補助制御装置２０に入力されるようになっている。また、この図７に示すように、本実施形態における操舵補助制御装置２０は、前述した図２に示す操舵補助制御装置２０において、車速推定部２２が加速度αに基づいて車速ＶＳＰを推定する車速推定部４５に置換されていることを除いては、図２と同様の処理を有するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
車速推定部４５では、加速度センサ１８から得られる加速度αを用いて、車速ＶＳＰを推定する。
車速ＶＳＰは次式で表される。
ＶＳＰ＝Ｖ０＋αｔ ………（５）
ここで、Ｖ０は車速センサ１６に異常が発生する直前の車速である。また、αｔについては、単位時間ｔ（例えば、１ｓｅｃ）に変化した加速度αを加重平均して使用する。
なお、上記により導かれる車速には誤差が考えられるため、以下の制御を施すことが望ましい。
先ず、車速センサ１６が正常な状態のときに、単位時間あたりの加速度αをスピードセンサから求め、このときの加速度センサ１８との差を学習して補正係数として記憶しておく。そして、車速センサ１６に異常が発生した際には、加速度センサ１８の出力信号にこの補正係数を掛け合わせたものを用いて車速の推定を行う。
【００４４】
さらに、加速度センサ１８から推定した車速によるアシスト領域を、低速・中速・高速の３つの領域に分割し、各車速領域でのアシスト力を適正化する。但し、各車速領域でのアシスト力は、実車速でのアシスト力よりも小さくする。
このように、上記第４の実施形態では、車速センサに異常が発生したときの車速推定を、車両加速度を用いて行うので、ＡＢＳユニット等、加速度センサを搭載している車両であれば容易に車速推定が可能となる。
【００４５】
なお、上記各実施形態においては、タービン回転数やギア位置、自車位置情報、車両加速度を用いて車速ＶＳＰを推定する場合について説明したが、ＨＵＢ等、車速が算出可能なＣＡＮ上の信号であればよい。
また、上記各実施形態においては、電動モータとしてブラシモータシステムを適用する場合について説明したが、ホールセンサタイプのロータ角度センサを備えた矩形波駆動ブラシレスモータを適用することもできる。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こともできる。
【符号の説明】
【００４６】
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…減速機、１２…電動モータ、１６…車速センサ、１８…加速度センサ、２０…操舵補助制御装置、２１…異常判定部、２２…車速推定部、２３…車速出力部、２４…操舵補助指令値演算部、２５…減算部、２６…電流制御部、２７…モータ駆動部、３１…車両固有値演算部、３２…記憶回路、３３…車速推定部、５１…エンジン、５２…自動変速機、５３…クランク軸、５４…入力軸、５５…トルクコンバータ、５６…ディファレンシャルギア、５７…タイヤ、６０…ナビゲーションシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）から車両位置情報を取得し、当該車両位置情報に基づいて算出した車速推定値と、車速センサで検出した車速検出値とを比較することで、車速センサに異常が発生しているか否かを判断する車両のセンサフェイル検出装置が知られている（例えば、特許文献１）。
そして、従来の電動パワーステアリング装置では、車速センサに異常が発生していると判断したとき、車速信号をある車速に固定して操舵補助制御を行うことで、操舵アシストを継続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４１６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電動パワーステアリング装置にあっては、車速センサに異常が発生しているとき、車速信号を固定値としているので、据え切り時を含む極低速走行状態での操舵において操舵補助力の付与が不足し、通常の操舵補助制御時と比較してハンドルが重くなったり、高速走行状態での操舵において操舵補助力の付与が過大となり、車両挙動が不安定となったりするなど、運転者に違和感を与えてしまう。
そこで、本発明は、車速検出信号に異常が発生した場合であっても、適正に操舵補助力を付与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課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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を備える電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、該車速検出手段の異常を検出する異常検出手段と、車載ＬＡＮシステムの通信ラインを介して通信可能に接続された外部の電子制御ユニットと、前記異常検出手段で前記車速検出手段の異常を検出したとき、前記通信ライン上の前記外部の電子制御ユニットにおける制御で用いる信号に基づいて車速を推定する車速推定手段と、前記異常が非検出であるとき、少なくとも前記操舵トルク及び前記車速検出値に基づいて前記電動モータを駆動制御し、前記異常を検出したとき、少なくとも前記操舵トルク及び前記車速推定値に基づいて前記電動モータを駆動制御する操舵補助制御手段と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
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、エンジンと、該エンジンにトルクコンバータを介して接続された変速機とを備え、前記外部の電子制御ユニットは前記変速機を制御するものであって、前記車速推定手段は、前記トルクコンバータのタービン回転数及び前記変速機の変速段に基づいて車速を推定す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２に係る発明において、前記異常が非検出であるとき、前記車速検出値と前記タービン回転数とに基づいて、前記変速段毎の車両固有値を演算する車両固有値演算手段と、該車両固有値演算手段で演算した車両固有値を学習値として記憶する記憶手段とを有し、前記車速推定手段は、前記異常を検出したとき、前記記憶手段に記憶した車両固有値と前記タービン回転数とに基づいて車速を推定することを特徴としている。
【０００７】
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３に係る発明において、前記車両固有値演算手段は、所定期間内に演算した車両固有値の加重平均値をと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３又は４に係る発明において、前記記憶手段は、前記学習値と前記車両固有値演算手段で演算した最新の車両固有値との間に所定値以上の差が発生したとき、前記車両固有値演算手段で演算した最新の車両固有値で前記学習値の更新を行うことを特徴としている。
【０００８】
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に係る発明において、自車両の走行地点を検出する走行地点検出手段と、自車両が走行する道路情報を有する道路情報提供手段とを備え、前記外部の電子制御ユニットは、前記走行地点検出手段で検出した走行地点及び前記道路情報提供手段で提供される道路情報に基づいて、自車両のナビゲーション制御を行うものであって、前記車速推定手段は、前記走行地点検出手段で検出した走行地点及び前記道路情報提供手段で提供される道路情報に基づいて、所定期間での自車両の位置変化量を算出し、当該位置変化量に基づいて車速を推定す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６に係る発明において、前記車速推定手段は、前記位置変化量に基づいて推定した車速を、所定の割合で増加補正することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車速検出信号に異常が発生したとき、外部の電子制御ユニットで用いる車載ＬＡＮシステムの通信ライン上のデータ（例えば、エンジン回転数や変速機のギア位置といった車両の駆動系の情報等）に基づいて推定した車速を用いて操舵補助制御を継続するので、適正に操舵補助力を付与することができ、運転者に違和感のない操舵補助制御を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】第１の実施形態における操舵補助制御装置を示すブロック図である。
【図３】車載ユニット間通信の概要を示す図である。
【図４】操舵補助トルク指令値の算出マップである。
【図５】第２の実施形態における操舵補助制御装置を示すブロック図である。
【図６】第３の実施形態における操舵補助制御装置を示すブロック図である。
【図７】第４の実施形態における操舵補助制御装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。
【００１２】
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。
【００１３】
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等の減速機１１と、この減速機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。
【００１４】
操舵補助制御装置（ＥＰＳ＿ＥＣＵ）２０には、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１６で検出された車速検出値Ｖｓが入力される。そして、操舵補助制御装置２０は、車速センサ１６に異常が発生していない正常時には、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖｓに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助力制御を行い、車速センサ１６に異常が発生している異常発生時には、トルク検出値Ｔ及び後述する車速推定値ＶＳＰに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助力制御を行う。
【００１５】
図２は、第１の実施形態における操舵補助制御装置２０の構成を示すブロック図である。この図２に示すように、操舵補助制御装置２０は、異常検出部２１と、車速推定部２２と、車速出力部２３と、操舵補助指令値演算部２４と、減算部２５と、電流制御部２６と、モータ駆動部２７とを備えている。
また、この車両には、エンジン５１と、自動変速機５２とが設けられており、エンジン５１のクランク軸５３と自動変速機５２の入力軸５４との間には、トルクコンバータ５５が介設されている。
【００１６】
そして、エンジン５１の回転は、トルクコンバータ５５を介して自動変速機５２に伝わり、各ギア位置のギア比によって減速された回転がディファレンシャルギア５６に伝わり、更に減速された後にタイヤ５７を回転させるようになっている。
ここで、トルクコンバータ５５のタービン回転数ＴＲおよび自動変速機５２のギア位置ｎは、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ユニット間通信をモニタすることで取得するものとする。
【００１７】
図３は、車載ユニット間通信の一例を示す図である。
この図３に示すように、ＣＡＮ通信ライン１００には、操舵補助制御用のＥＰＳ＿ＥＣＵ２０、トランスミッション制御用のＡＴ＿ＥＣＵ２１０、ナビゲーションシステム用のＧＰＳ＿ＥＣＵ２２０、ＡＢＳ制御用のＡＢＳ＿ＥＣＵ２３０などの電子制御ユニットが接続されており、各ＥＣＵはＣＡＮ通信ライン１００を介して相互に通信可能となっている。
図２の異常検出部２１は、車速センサ１６に異常が発生しているか否かを判定し、その判定結果として異常判定フラグＦＬを車速出力部２３に出力する。ここでは、車速センサ１６から車速信号Ｖｓが正常に出力されているか否かに応じて車速判定を行うものとし、車速センサ１６から車速信号Ｖｓが出力されていないとき、当該車速センサ１６に異常が発生していると判定する。
【００１８】
車速推定部２２は、ＡＴ＿ＥＣＵ２１０のトランスミッション制御で用いられるタービン回転数ＴＲおよび自動変速機５２のギア位置ｎが入力され、これらに基づいて、次式をもとに車速ＶＳＰを推定する。
ＶＳＰ［ｋｍ／ｈ］＝（２πｒ／１０００）・（ＴＲ［ｒｐｍ］・６０／（ＭＧＲ（ｎ）・ＦＧＲ）） ………（１）
ここで、ｒはタイヤ半径、ＭＧＲ（ｎ）はｎ速時におけるミッションギア比、ＦＧＲはファイナルギア比であり、それぞれ固定値である。
【００１９】
したがって、これらｒ、ＭＧＲ（ｎ）及びＦＧＲをＥＣＵ内部に定数として持ち、ギア位置ｎに対応するミッションギア比ＭＧＲ（ｎ）を選択することにより、上記（１）式をもとに車速ＶＳＰの推定が可能となる。
なお、車速ＶＳＰの推定に際し、タービン回転数ＴＲに代えてエンジン回転数を用いることもできるが、トルクコンバータ５５のスリップを考慮すると、タービンセンサ信号（タービン回転数ＴＲ）を用いることが望ましい。
車速出力部２３は、異常検出部２１から出力される異常判定フラグＦＬに応じて、車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖｓおよび車速推定部２２で推定した車速推定値ＶＳＰの何れか一方を選択し、それを車速Ｖとして操舵補助指令値演算部２４に出力する。
【００２０】
すなわち、異常判定フラグＦＬが、車速センサ１６に異常が発生していないことを示す“０”であるときには、切換スイッチ２３ａを実線で示す状態として車速検出値Ｖｓを選択し、異常判定フラグＦＬが、車速センサ１６に異常が発生していることを示す“１”となると、切換スイッチ２３ａを破線で示す状態へ切り換えて、車速推定値ＶＳＰを選択して出力するようになっている。
操舵補助指令値演算部２４は、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴ及び車速出力部２３から出力される車速Ｖが入力され、図４に示す算出マップを参照して、操舵トルクＴ及び車速Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生するための操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆを算出する。
【００２１】
この算出マップは、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Ｉｒｅｆ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Ｉｒｅｆ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トルク指令値Ｉｒｅｆ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Ｉｒｅｆ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。
【００２２】
減算部２５は、操舵補助指令値演算部２４から出力される操舵補助指令値Ｉｒｅｆと、モータ電流検出器１４で検出されたモータ電流Ｉｍとを減算処理し、その電流偏差ΔＩを電流制御部２６に出力する。
電流制御部２６は、電流偏差ΔＩに対してＰＩ制御を施して電流制御値（電圧指令値）Ｅを算出し、電流制御値Ｅに基づいてモータ駆動部２７の半導体スイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比を演算し、これをモータ駆動部２７に出力する。
モータ駆動部２７は、前記デューティ比に基づいて半導体スイッチング素子で構成されたＨブリッジ回路を作動させて電動モータ１２を駆動する。
このように、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉｍは、モータ電流検出器１４で検出され、減算器２５に入力されてフィードバックされる。
【００２３】
次に、第１の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、車両が低速走行中であり、車速センサ１６が正常に動作しているものとすると、操舵補助制御装置２０の異常検出部２１は、異常判定フラグＦＬ＝０を車速出力部２３に出力し、切換スイッチ２３ａが図２の実線で示す状態となる。そのため、車速出力部２３は、車速センサ１６で検出される車速検出値Ｖｓを操舵補助制御に用いる車速Ｖとして出力する。
したがって、操舵補助指令値演算部２４では、操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが演算され、その操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆに基づいて電動モータ１２が駆動制御され、運転者の操舵がアシストされる。
【００２４】
ここで、車両は低速走行を行っているため、操舵補助指令値演算部２４では、図３における比較的内側の特性曲線をもとに、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Ｉｒｅｆが算出される。その結果、運転者は低速走行時における操舵を軽く行うことができる。
この状態から、車速センサ１６に異常が発生したものとすると、異常検出部２１は、異常判定フラグＦＬ＝１を車速出力部２３に出力し、切換スイッチ２３ａが図２の破線に示す状態に切り換わる。そのため、車速出力部２３は、車速推定部２２で推定された車速推定値ＶＳＰを操舵補助制御に用いる車速Ｖとして出力する。
【００２５】
このとき、車速推定部２２では、ＣＡＮ通信ライン上のデータであるトルクコンバータ５５のタービン回転数ＴＲと、自動変速機５２のギア位置ｎとに基づいて、車速推定値ＶＳＰを算出する。
そして、操舵補助指令値演算部２４では、操舵トルクＴ及び車速推定値ＶＳＰに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが演算され、その操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆに基づいて電動モータ１２が駆動制御される。このように、車速センサ１６の異常発生時であっても、実際の走行車速に応じた操舵アシストを行うことができる。
【００２６】
ところで、一般に、電動パワーステアリング装置にあっては、車速センサに異常が発生しているとき、車速信号を予め設定された固定値として操舵補助制御を行うことで、操舵アシストを継続している。
しかしながら、通常、前述した図４に示すように、車速に応じて操舵補助力の特性曲線が変化するように設定されているため、車速信号を固定値として操舵補助制御を行った場合、据え切り時を含む極低速走行状態での操舵において操舵補助力の付与が不足し、通常の操舵補助制御時と比較してハンドルが重くなったり、高速走行状態での操舵において操舵補助力の付与が過大となり、車両挙動が不安定となったりするなど、運転者に違和感を与えてしまう。
【００２７】
これに対して本実施形態では、車速センサ１６に異常が発生した場合には、車速推定値ＶＳＰを用いて操舵補助制御を行うので、自車両の走行車速に応じた適正な操舵補助力の付与が行われる。
このように、上記第１の実施形態では、車速検出手段に異常が発生していると判断したときには、車速推定値を用いて操舵補助制御を継続するので、運転者に違和感のない操舵補助制御を行うことができる。
また、車速推定をＣＡＮ上の車速が算出可能な信号を用いて行うので、既存の車載データを用いた車速推定処理を行うことができる。その結果、車速推定用の信号や、それを検出するためのセンサを新たに設ける必要がない。
【００２８】
さらに、車速推定に際し、トルクコンバータのタービン回転数とギア位置とを用いるため、トランスミッション制御ユニットを搭載している車両であれば、容易に車速推定が可能となる。
なお、図２において、車速センサ１６が車速検出手段に対応し、異常検出部２１が異常検出手段に対応し、車速推定部２２が車速推定手段に対応し、車速出力部２３、操舵補助指令値演算部２４、減算部２５、電流制御部２６及びモータ駆動部２７が操舵補助制御手段に対応している。
【００２９】
次に、本発明における第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、車速推定に学習機能を付加し、汎用性を持たせるようにしたものである。
図５は、第２の実施形態における操舵補助制御装置２０の構成を示すブロック図である。この図５に示すように、本実施形態における操舵補助制御装置２０は、前述した図２に示す操舵補助制御装置２０において、後述する車両固有値Ｘ（ｎ）を演算する車両固有値演算部３１と、車両固有値Ｘ（ｎ）を記憶する記憶回路３２とが追加され、車速推定部２２がタービン回転数ＴＲ，ギア位置ｎ、及び記憶回路３２に記憶された車両固有値Ｘ（ｎ）に基づいて車速ＶＳＰを推定する車速推定部３３に置換されていることを除いては、図２と同様の処理を有するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００３０】
車両固有値演算部３１には、異常判定フラグＦＬ、車速検出値Ｖｓ、タービン回転数ＴＲおよびギア位置ｎが入力され、異常判定フラグＦＬが車速センサ１６に異常が発生していないことを示す“０”であるときに、下記（２）式をもとに車両固有値Ｘ（ｎ）を算出する。
Ｘ（ｎ）＝Ｖｓ／（Ａ・ＴＲ） ………（２）
ここで、Ａは定数であり、３π／２５である。
【００３１】
以下、上記（２）式の導出方法について説明する。
先ず、上記（１）式を変形すると、
ＶＳＰ＝３π／２５・ｒ／（ＭＧＲ（ｎ）・ＦＧＲ）・ＴＲ ………（３）
となる。
ここで、ｒ／（ＭＧＲ（ｎ）・ＦＧＲ）を変数Ｘ（ｎ）とし、３π／２５を定数Ａとすると、上記（３）式は次式で表される。
ＶＳＰ＝Ａ・Ｘ（ｎ）・ＴＲ ………（４）
【００３２】
したがって、この（４）式を変形することより、上記（２）式が導出される。
この車両固有値演算部３１では、ギア毎に一定時間サンプリングしたデータから、上記（２）式をもとに算出した車両固有値Ｘ（ｎ）の加重平均値を求め、これを車両固有値Ｘ（ｎ）の最新値とする。
そして、記憶回路３２に記憶された車両固有値Ｘ（ｎ）の学習値と上記最新値とを比較し、所定値以上の差が生じた場合、当該最新値で学習値の更新を行う。ここで、上記所定値は、タイヤサイズ（タイヤ半径ｒ）やファイナルギア比ＦＧＲ等、車両毎に設定される定数が変更されたと判断できる程度の値に設定する。
【００３３】
記憶回路３２には、ギア毎に車両固有値Ｘ（ｎ）の学習値が記憶されており、車両固有値演算部３１で演算された車両固有値Ｘ（ｎ）の最新値によって、当該学習値が更新可能に構成されている。ここで、学習値のデフォルト値は、学習終了前に車速センサ１６に異常が発生した場合に、安定性を確保するために通常制御時の定数より若干重めに車格にあわせて設定しておく。
車速推定部３３では、記憶回路３２に記憶されたギア毎の車両固有値Ｘ（ｎ）の中から、入力されたギア位置ｎに対応する車両固有値Ｘ（ｎ）を選択し、その車両固有値Ｘ（ｎ）とタービン回転数ＴＲとに基づいて、前記（４）式をもとに車速ＶＳＰを推定する。
なお、図５において、車両固有値演算部３１が車両固有値演算手段に対応し、記憶回路３２が記憶手段に対応している。
【００３４】
次に、第２の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、シフトポジションが１速となっている状態で車両が走行中であるものとする。このとき、車速センサ１６が正常に動作しているものとすると、操舵補助制御装置２０の異常検出部２１は、異常判定フラグＦＬ＝０を車速出力部２３に出力し、切換スイッチ２３ａが図２の実線で示す状態となる。そのため、車速出力部２３は、車速センサ１６で検出される車速検出値Ｖｓを操舵補助制御に用いる車速Ｖとして出力する。
したがって、操舵補助指令値演算部２４では、操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが演算され、その操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆに基づいて電動モータ１２が駆動制御され、運転者の操舵がアシストされる。
【００３５】
また、このとき、異常検出部１２から出力される異常判定フラグＦＬ＝０は、車両固有値演算部３１にも入力される。そして、車両固有値演算部３１は、車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖｓとタービン回転数ＴＲとに基づいて、上記（２）式をもとに１速での車両固有値Ｘ（１）を算出する。この車両固有値Ｘ（１）は、記憶回路３２に学習値として記憶される。
その後、シフトポジションが１速から２速へ切り換わると、車両固有値演算部３１は、車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖｓとタービン回転数ＴＲとに基づいて、上記（２）式をもとに２速での車両固有値Ｘ（２）を算出する。この車両固有値Ｘ（２）は、記憶回路３２に学習値として記憶される。このように、記憶回路３２には、ギア毎の車両固有値Ｘ（ｎ）が記憶される。
【００３６】
なお、その間、操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づいた通常の操舵補助制御が継続される。
この状態から車速センサ１６に異常が発生すると、異常検出部２１は、異常判定フラグＦＬ＝１を車速出力部２３に出力し、切換スイッチ２３ａが図２の破線に示す状態に切り換わる。そのため、車速出力部２３は、車速推定部３３で推定された車速推定値ＶＳＰを操舵補助制御に用いる車速Ｖとして出力する。
このとき、ギア位置ｎ＝２であるため、車速推定部３３では、記憶回路３２に記憶されたギア毎の車両固有値Ｘ（ｎ）の中から、２速に対応する車両固有値Ｘ（２）を選択し、この車両固有値Ｘ（２）とタービン回転数ＴＲとに基づいて、上記（４）式をもとに車速推定値ＶＳＰを算出する。
【００３７】
そして、操舵補助指令値演算部２４では、操舵トルクＴ及び車速推定値ＶＳＰに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが演算され、その操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆに基づいて電動モータ１２が駆動制御される。このように、車速センサ１６の異常発生時であっても、実際の走行車速に応じた操舵アシストを行うことができる。
一方、ユーザーがタイヤ交換を行い、タイヤ半径ｒが変更されたものとする。このとき、車速センサ１６が正常に動作しているものとすると、車両固有値演算部３１では、タイヤサイズが変更された新たな車両状態での車両固有値Ｘ（ｎ）が算出され、記憶回路３２の学習値が更新される。
【００３８】
すなわち、例えば２速で走行している場合、車両固有値演算部３１は車両固有値Ｘ（２）を算出し、この最新値と記憶回路３２に記憶されている学習値である車両固有値Ｘ（２）とを比較する。タイヤ半径ｒが変更されており、車両固有値Ｘ（２）の最新値と学習値との差が所定値以上となるため、学習値の更新がなされる。
したがって、この状態で車速センサ１６に異常が発生した場合には、更新後の車両固有値Ｘ（２）に基づいて車速推定を行うことができ、ユーザーがタイヤを交換した場合であっても、適正な推定車速で操舵補助制御を継続することができる。
このように、上記第２の実施形態では、車速センサ１６が正常であるときに車両固有値Ｘ（ｎ）を学習しておくことで、タイヤサイズやファイナルギアが変更された場合であっても、車速を精度良く推定することができる。その結果、車両毎に定数を設定する必要がなくなり、汎用性を持たせることができる。
【００３９】
次に、本発明における第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、自車位置の変化量に基づいて車速ＶＳＰを推定するようにしたものである。
図６は、第３の実施形態における操舵補助制御装置２０の構成を示すブロック図である。
この車両には、ＧＰＳ＿ＥＣＵ２２０で用いるナビゲーションシステム６０が搭載されており、このナビゲーションシステム６０からの自車位置情報が、操舵補助制御装置２０に入力されるようになっている。また、この図６に示すように、本実施形態における操舵補助制御装置２０は、前述した図２に示す操舵補助制御装置２０において、車速推定部２２が自車位置情報に基づいて車速ＶＳＰを推定する車速推定部４１に置換されていることを除いては、図２と同様の処理を有するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００４０】
ナビゲーションシステム６０は、自車両の走行位置を検出する走行地点検出手段としてのＧＰＳと、ＧＰＳから入力された自車位置データとマッチングするための道路情報を格納した、道路情報提供手段としての道路地図データとから構成されている。そして、ナビゲーションシステム６０は、ＧＰＳと道路地図データとに基づいて自車位置情報を出力するようになっている。
車速推定部４１では、今回取得した自車位置と前回取得した自車位置との差から車速ＶＳＰを推定する。
【００４１】
このとき、衛星からの電波の受信状態が不安定なことを考慮して、自車位置情報から得られた車速推定値ＶＳＰにある係数を掛け合わせ、実際に制御に用いる車速は推定車速よりも若干高めに補正することで、安全性を確保する。
このように、上記第３の実施形態では、車速センサに異常が発生したときの車速推定を、自車位置情報を用いて行うので、ＧＰＳユニット（ナビゲーションシステム）を搭載している車両であれば容易に車速推定が可能となる。
【００４２】
次に、本発明における第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、加速度センサの出力信号に基づいて車速ＶＳＰを推定するようにしたものである。
図７は、第４の実施形態における操舵補助制御装置２０の構成を示すブロック図である。
この車両には、ＡＢＳシステムやエアバッグシステムにおける車体の状態取得、衝撃感知の目的で加速度センサ１８が搭載されており、この加速度センサ１８から出力される加速度αが、操舵補助制御装置２０に入力されるようになっている。また、この図７に示すように、本実施形態における操舵補助制御装置２０は、前述した図２に示す操舵補助制御装置２０において、車速推定部２２が加速度αに基づいて車速ＶＳＰを推定する車速推定部４５に置換されていることを除いては、図２と同様の処理を有するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
車速推定部４５では、加速度センサ１８から得られる加速度αを用いて、車速ＶＳＰを推定する。
車速ＶＳＰは次式で表される。
ＶＳＰ＝Ｖ０＋αｔ ………（５）
ここで、Ｖ０は車速センサ１６に異常が発生する直前の車速である。また、αｔについては、単位時間ｔ（例えば、１ｓｅｃ）に変化した加速度αを加重平均して使用する。
なお、上記により導かれる車速には誤差が考えられるため、以下の制御を施すことが望ましい。
先ず、車速センサ１６が正常な状態のときに、単位時間あたりの加速度αをスピードセンサから求め、このときの加速度センサ１８との差を学習して補正係数として記憶しておく。そして、車速センサ１６に異常が発生した際には、加速度センサ１８の出力信号にこの補正係数を掛け合わせたものを用いて車速の推定を行う。
【００４４】
さらに、加速度センサ１８から推定した車速によるアシスト領域を、低速・中速・高速の３つの領域に分割し、各車速領域でのアシスト力を適正化する。但し、各車速領域でのアシスト力は、実車速でのアシスト力よりも小さくする。
このように、上記第４の実施形態では、車速センサに異常が発生したときの車速推定を、車両加速度を用いて行うので、ＡＢＳユニット等、加速度センサを搭載している車両であれば容易に車速推定が可能となる。
【００４５】
なお、上記各実施形態においては、タービン回転数やギア位置、自車位置情報、車両加速度を用いて車速ＶＳＰを推定する場合について説明したが、ＨＵＢ等、車速が算出可能なＣＡＮ上の信号であればよい。
また、上記各実施形態においては、電動モータとしてブラシモータシステムを適用する場合について説明したが、ホールセンサタイプのロータ角度センサを備えた矩形波駆動ブラシレスモータを適用することもできる。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こともできる。
【符号の説明】
【００４６】
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…減速機、１２…電動モータ、１６…車速センサ、１８…加速度センサ、２０…操舵補助制御装置、２１…異常判定部、２２…車速推定部、２３…車速出力部、２４…操舵補助指令値演算部、２５…減算部、２６…電流制御部、２７…モータ駆動部、３１…車両固有値演算部、３２…記憶回路、３３…車速推定部、５１…エンジン、５２…自動変速機、５３…クランク軸、５４…入力軸、５５…トルクコンバータ、５６…ディファレンシャルギア、５７…タイヤ、６０…ナビゲーションシステム
【特許請求の範囲】
【請求項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を備える電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、該車速検出手段の異常を検出する異常検出手段と、車載ＬＡＮシステムの通信ラインを介して通信可能に接続された外部の電子制御ユニットと、前記異常検出手段で前記車速検出手段の異常を検出したとき、前記通信ライン上の前記外部の電子制御ユニットにおける制御で用いる信号に基づいて車速を推定する車速推定手段と、前記異常が非検出であるとき、少なくとも前記操舵トルク及び前記車速検出値に基づいて前記電動モータを駆動制御し、前記異常を検出したとき、少なくとも前記操舵トルク及び前記車速推定値に基づいて前記電動モータを駆動制御する操舵補助制御手段と、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。
【請求項２】
エンジンと、該エンジンにトルクコンバータを介して接続された変速機とを備え、前記外部の電子制御ユニットは前記変速機を制御するものであって、前記車速推定手段は、前記トルクコンバータのタービン回転数及び前記変速機の変速段に基づいて車速を推定す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。
【請求項３】
前記異常が非検出であるとき、前記車速検出値と前記タービン回転数とに基づいて、前記変速段毎の車両固有値を演算する車両固有値演算手段と、該車両固有値演算手段で演算した車両固有値を学習値として記憶する記憶手段とを有し、
前記車速推定手段は、前記異常を検出したとき、前記記憶手段に記憶した車両固有値と前記タービン回転数とに基づいて車速を推定することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記車両固有値演算手段は、所定期間内に演算した車両固有値の加重平均値をとることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、前記学習値と前記車両固有値演算手段で演算した最新の車両固有値との間に所定値以上の差が発生したとき、前記車両固有値演算手段で演算した最新の車両固有値で前記学習値の更新を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
自車両の走行地点を検出する走行地点検出手段と、自車両が走行する道路情報を有する道路情報提供手段とを備え、前記外部の電子制御ユニットは、前記走行地点検出手段で検出した走行地点及び前記道路情報提供手段で提供される道路情報に基づいて、自車両のナビゲーション制御を行うものであって、前記車速推定手段は、前記走行地点検出手段で検出した走行地点及び前記道路情報提供手段で提供される道路情報に基づいて、所定期間での自車両の位置変化量を算出し、当該位置変化量に基づいて車速を推定す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。
【請求項７】
前記車速推定手段は、前記位置変化量に基づいて推定した車速を、所定の割合で増加補正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。
【請求項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を備える電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、該車速検出手段の異常を検出する異常検出手段と、車載ＬＡＮシステムの通信ラインを介して通信可能に接続された外部の電子制御ユニットと、前記異常検出手段で前記車速検出手段の異常を検出したとき、前記通信ライン上の前記外部の電子制御ユニットにおける制御で用いる信号に基づいて車速を推定する車速推定手段と、前記異常が非検出であるとき、少なくとも前記操舵トルク及び前記車速検出値に基づいて前記電動モータを駆動制御し、前記異常を検出したとき、少なくとも前記操舵トルク及び前記車速推定値に基づいて前記電動モータを駆動制御する操舵補助制御手段と、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。
【請求項２】
エンジンと、該エンジンにトルクコンバータを介して接続された変速機とを備え、前記外部の電子制御ユニットは前記変速機を制御するものであって、前記車速推定手段は、前記トルクコンバータのタービン回転数及び前記変速機の変速段に基づいて車速を推定す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。
【請求項３】
前記異常が非検出であるとき、前記車速検出値と前記タービン回転数とに基づいて、前記変速段毎の車両固有値を演算する車両固有値演算手段と、該車両固有値演算手段で演算した車両固有値を学習値として記憶する記憶手段とを有し、
前記車速推定手段は、前記異常を検出したとき、前記記憶手段に記憶した車両固有値と前記タービン回転数とに基づいて車速を推定することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記車両固有値演算手段は、所定期間内に演算した車両固有値の加重平均値をとることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、前記学習値と前記車両固有値演算手段で演算した最新の車両固有値との間に所定値以上の差が発生したとき、前記車両固有値演算手段で演算した最新の車両固有値で前記学習値の更新を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
自車両の走行地点を検出する走行地点検出手段と、自車両が走行する道路情報を有する道路情報提供手段とを備え、前記外部の電子制御ユニットは、前記走行地点検出手段で検出した走行地点及び前記道路情報提供手段で提供される道路情報に基づいて、自車両のナビゲーション制御を行うものであって、前記車速推定手段は、前記走行地点検出手段で検出した走行地点及び前記道路情報提供手段で提供される道路情報に基づいて、所定期間での自車両の位置変化量を算出し、当該位置変化量に基づいて車速を推定す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。
【請求項７】
前記車速推定手段は、前記位置変化量に基づいて推定した車速を、所定の割合で増加補正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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１８４５４７（Ｐ２０１０−１８４５４７Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８９５０（Ｐ２００９−２８９５０）
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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