JP2015160504A - 車両用操舵装置、当該装置の故障判定方法、及び転舵モータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサ、或いは転舵モータの回転動作に連動する機械的要素等に故障が生じた場合に、簡易な処理により故障の発生を検出する。【解決手段】操作手段の操作に応じた転舵モータ３４の駆動により車両の転舵輪を転舵する舵取り機構と、転舵モータ３４の回転角を周期的な電気角として検出するモータ角センサ３６と、転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサと、検出される電気角及び転舵角の対応関係が予め記憶された記憶手段と、検出した電気角と転舵角との関係と、記憶手段に記憶された電気角及び転舵角の対応関係とを比較することにより故障有無を判定する故障判定手段とを備えた。【選択図】図４

Description

本発明は、車両用操舵装置に関し、特にセンサ等の故障が生じた場合に当該故障の発生を簡易に検出可能であり、さらに故障発生後に車両の操舵を継続して行うことのできる車両用操舵装置、当該装置の故障判定方法、及び転舵モータ制御方法に関する。

車両用操舵装置の一例として、操舵機構と舵取り機構とを機械的に連結していないステア・バイ・ワイヤシステムと称される装置が提案されている。
当該装置は、操舵機構と舵取り機構とが機械的に連結されていない一方で、操舵機構側及び舵取り機構側に設けられた各種センサからの入力に応じて、舵取り機構側に設けられた転舵モータを制御する舵取り制御部を備えている。操舵機構側に設けられるセンサの一例としては、車両の運転手により回転操作される操舵部の操舵角を検出する操舵角センサや、操舵部に加えた操舵トルクを検出するトルクセンサ等が挙げられる。また、舵取り機構側に設けられるセンサの一例としては、転舵モータの回転角を検出するモータ角センサや、転舵モータの駆動により転舵される転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサ等が挙げられる。

特開平１０−１９７２３８号公報 特開２０１３−１１２２７９号公報

上述のステア・バイ・ワイヤシステムでは、操舵機構と舵取り機構との機械的な連結に替え、各種のセンサからの入力に応じて舵取り制御部が転舵モータを駆動制御することにより、操舵部の回転操作に応じた車両の操舵を可能としている関係上、一部のセンサの不調による故障、或いは転舵モータの回転動作に連動する機械的要素の故障等を検出する必要がある。

本発明は上記課題を解決すべく、一部のセンサ、或いは転舵モータの回転動作に連動する機械的要素等に故障が生じた場合に、簡易な処理により故障の発生を検出可能な車両用操舵装置、及び車両用操舵装置の故障判定方法等を提供する。

上記課題を解決するための車両用操舵装置の構成として、操作手段の操作に応じた転舵モータの駆動により車両の転舵輪を転舵する舵取り機構と、転舵モータの回転角を周期的な電気角として検出するモータ角センサと、転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサと、検出される電気角及び転舵角の対応関係が予め記憶された記憶手段と、検出した電気角と検出した転舵角との関係と、記憶手段に記憶された電気角及び転舵角の対応関係とを比較することにより故障有無を判定する故障判定手段とを備えた構成とした。
本構成によれば、故障判定手段が、モータ角センサで検出した電気角と転舵角センサで検出した転舵角との関係と、記憶手段に記憶された電気角及び転舵角の対応関係とを比較することにより故障有無を判定することから、故障の発生を付加機構を要することなく簡易に検出できる。

また、前述の構成に、操作手段の操舵角を検出する操舵角センサと、モータ角センサから検出した電気角を逐次記憶する逐次記憶手段と、故障判定手段により故障ありとされたとき、逐次記憶手段に記憶された電気角と操舵角センサから検出した操舵角とに基づいて、転舵輪の推定転舵角を算出する推定転舵角算出手段と、操舵角と算出された推定転舵角とに基づいて転舵モータの駆動を制御する舵取り制御手段とを付加すれば、舵取り制御手段が、操舵角と推定転舵角とに基づいて転舵モータを継続して駆動制御できるため、故障の発生後における車両の操舵を継続できる。

また、前述の各構成に係る故障判定手段に関し、モータ角センサから検出した電気角と転舵角センサから検出した転舵角との関係と、記憶手段に記憶された電気角及び転舵角の対応関係とを比較する判定を転舵角が転舵輪の中立位置と対応する角度であるときに実行する構成とすれば、判定回数の減少により処理負荷を軽減できる。
また、前述の各構成に係るモータ角センサをレゾルバとすれば、モータ電気角に対する信頼性が向上し、転舵角センサ、転舵モータ、或いは転舵モータの回転動作に連動する機械的要素に生じる故障等を簡易に検出することができる。

また、操作手段の操作に応じた転舵モータの駆動により車両の転舵輪を転舵する舵取り機構と、転舵モータの回転角を周期的な電気角として検出するモータ角センサと、転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサと、検出される電気角及び転舵角の対応関係が予め記憶された記憶手段とを備えた車両用操舵装置の故障判定方法として、検出した電気角と検出した転舵角との関係と、記憶手段に記憶された電気角及び転舵角の対応関係とを比較することにより故障有無を判定するステップを備えたものとした。
当該故障判定方法によれば、故障の発生を付加機構を要することなく簡易に検出できる。

また、操作手段の操舵角を検出する操舵角センサと、検出した電気角を逐次記憶する逐次記憶手段と、転舵モータの駆動を制御する舵取り制御手段とを更に備えた車両用操舵装置における転舵モータの制御方法として、故障ありとの判定に基づいて、逐次記憶手段に記憶された電気角を読み出すステップと、読み出した電気角と検出した操舵角とに基づいて、転舵輪の推定転舵角を算出するステップとを備え、舵取り制御手段が操舵角及び推定転舵角に基づいて転舵モータの駆動を制御するものとした。
当該制御方法によっても、舵取り制御手段が、操舵角と推定転舵角とに基づいて転舵モータを継続して駆動制御できるため、故障の発生後における車両の操舵を継続できる。

本発明の実施形態に係る車両用操舵装置の概略図である。 図１に示すＥＣＵのブロック図である。 モータ電気角−転舵角対応マップの一例を示す図である。 ＥＣＵの機能を示すブロック図である。 ＥＣＵの処理を示すメインフローチャートである。 ＥＣＵの故障有無判定処理を示すサブフローチャートである。 ＥＣＵの故障箇所判定処理を示すサブフローチャートである。 ＥＣＵの推定転舵角算出処理を示すサブフローチャートである。 ＥＣＵの車両停止処理を示すサブフローチャートである。 ＥＣＵのモータ制御処理を示すサブフローチャートである。 操舵角−モータ電気角対応マップの一例を示す図である。

［車両用操舵装置の全体構成について］
図１に示すように、車両用操舵装置１は、車両の運転手によって回転操作される操作手段としてのステアリングホイール１４を備えた操舵機構１０と、ステアリングホイール１４の回転操作に応じて回転駆動する転舵モータ３４を備えた舵取り機構３０と、ステアリングホイール１４の回転角（操舵角）に応じて転舵モータ３４を駆動制御する制御手段としてのＥＣＵ５０とを主たる構成として備える。

［操舵機構について］
操舵機構１０は、車両の運転席に設けられたコラム１２と、運転手によって回転操作可能なステアリングホイール１４と、ステアリングホイール１４の回転角（操舵角）を検出する操舵角センサ１６と、ステアリングホイール１４に作用する回転トルクを検出するトルクセンサ１８と、ステアリングホイール１４に対して運転手の操舵方向とは逆向きの力を付与する反力モータ２０とを含んで構成される。

コラム１２内には、ステアリングホイール１４の回転中心部と連結されたシャフト１５が収容される。シャフト１５は、コラム１２の軸方向に延長する部材であり、コラム１２内に配置された図外の軸受けにより正逆方向に回転自在に支持される。

操舵角センサ１６は、コラム１２内のシャフト１５の軸回りに配設され、ＥＣＵ５０と電気的に接続される。操舵角センサ１６は、ステアリングホイール１４の回転操作と連動して回転するシャフト１５の回転角を検出する。操舵角センサ１６は、例えば、シャフト１５の外周に取り付けられた磁石の磁気をホールセンサで検出し、シャフト１５の回転角を操舵角θｈとしてＥＣＵ５０側に逐次出力する。
なお、本明細書において操舵角センサ１６は、ステアリングホイール１４の中立位置を基準として、右方向への回転操作を正の電圧値、左方向への回転操作を負の電圧値として出力するものとする。また、右方向への回転角度が大きくなるに従って漸次大きな電圧値を出力し、左方向への回転角度が大きくなる従って漸次小さな電圧値を出力するものとする。また、「中立位置」とは、車両が直進する位置であり、以下の説明においても同様である。

トルクセンサ１８は、操舵角センサ１６と同様に、コラム１２内のシャフト１５の軸周りに配設され、運転手の回転操作によってステアリングホイール１４（シャフト１５）に作用するトルクＴｈを検出する。トルクセンサ１８は、ＥＣＵ５０と電気的に接続され、ステアリングホイール１４（シャフト１５）に作用するトルクＴｈをＥＣＵ５０に逐次出力する。

反力モータ２０は、所定のギア比を有するギア機構を介してシャフト１５と連結されている。反力モータ２０は、ＥＣＵ５０によって駆動制御される直流モータであり、シャフト１５に対して運転手によるステアリングホイール１４の回転操作方向とは逆向きのトルク（反力）を付与する。反力モータ２０のロータの回転角は、回転角センサ２０ａにより検出される。回転角センサ２０ａは、ＥＣＵ５０と電気的に接続されており、反力モータ２０のロータの回転角をＥＣＵ５０に逐次出力する。

［舵取り機構について］
舵取り機構３０は、筒状のケーシング３２と、ＥＣＵ５０によって駆動制御される転舵モータ３４と、転舵モータ３４の回転角を検出するモータ角センサ３６と、転舵モータ３４の回転駆動により車両の左右方向に対応して直動動作する転舵軸としてのラック３８とを含んで構成される。また、舵取り機構３０は、ラック３８の両端部に連結されたタイロッド４０と、ラック３８の直動動作に応じて転舵される転舵輪４の転舵角θｗを検出する転舵角センサ４２とを具備する。

ケーシング３２は、通常、車両の前後方向一方の側に設けられる転舵輪４の位置と対応し、車両に対して不動に取り付けられる。転舵モータ３４は、ケーシング３２に設けられたモータハウジング３２ａ内に収容されるブラシレスモータである。転舵モータ３４は、ＥＣＵ５０から出力される駆動制御信号に基づいて正逆方向に回転可能なロータ３４ａとステータ３４ｂとを有する。ロータ３４ａには、ラック３８が貫通している。ロータ３４ａとラック３８とは、不図示のボールねじ機構を介して連結されており、ロータ３４ａの回転動作がラック３８の軸方向への直動動作に変換される。

転舵モータ３４内には、モータ角センサ３６がロータ３４ａと同軸上に配置される。モータ角センサ３６は、ロータ３４ａと同期して回転するロータと、ステータとで構成されるレゾルバである。当該レゾルバのロータは、転舵モータ３４の極数と一致する極数の磁極を有する。モータ角センサ３６は、ＥＣＵ５０と電気的に接続されている。モータ角センサ３６は、転舵モータ３４（ロータ３４ａ）の回転角（機械角）を周期的なモータ電気角θｔとしてＥＣＵ５０に逐次出力する。なお、本明細書では説明の便宜上、ラック３８が中立位置にあるときのモータ角センサ３６のモータ電気角θｔは０°であるものとする。

ラック３８は、ケーシング３２の軸方向（車両の左右方向）に延長する部材である。ラック３８は、ロータ３４ａとボールねじ機構を介して連結されているため、ロータ３４ａの正逆方向への回転動作に応じてケーシング３２内を車両の左右方向に移動する。ラック３８の左右方向への直動動作は、ラック３８の両端側に接続されたタイロッド４０を介して転舵輪４に伝達される。

タイロッド４０は、一端部がラック３８に接続され、他端部が図外のナックルに接続される部材であり、ラック３８の直動動作に応じてナックルを押し引きする。ナックルがタイロッド４０を介して押し引き動作されることにより、ナックルに組み付けられたホイールに装着された転舵輪（タイヤ）４が同期して車両の左右方向に自在に転舵される。

転舵輪４の転舵角θｗ（実転舵角）は、転舵角センサ４２により検出される。転舵角センサ４２は、例えばケーシング３２の一端部側に配設されている。転舵角センサ４２は、転舵輪４の転舵に応じて変位するナックルとの距離、或いは、ラック３８のストローク量に基づいて、転舵輪４の転舵角θｗを検出する。転舵角センサ４２は、他のセンサ類と同様にＥＣＵ５０と電気的に接続されており、転舵輪４の転舵角θｗをＥＣＵ５０に逐次出力する。

以上の通り、舵取り機構３０は、ＥＣＵ５０の駆動制御により回転動作する転舵モータ３４を含んで構成される。そして、転舵モータ３４の回転動作がラック３８の直動動作に変換され、ラック３８の直動動作がタイロッド４０を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪４を自在に転舵させる構成である。そして、図示のとおり、操舵機構１０と舵取り機構３０とは、互いを結合する機械的要素を介することなく、換言すれば、ステアリングホイール１４と連動して回転するシャフト１５と、転舵輪４を転舵させるラック３８及びタイロッド４０とは、機械的連結がない状態で独立して設けられている。一方で、操舵機構１０及び舵取り機構３０の動作は、各種センサからの入力に基づいて必要な処理を実行するＥＣＵ５０を中心とする駆動制御により実現される。

［ＥＣＵについて］
図２は、ＥＣＵ５０の機能を説明するためのブロック図である。ＥＣＵ５０は、演算手段としてのＣＰＵ、駆動制御に要する基本プログラムや後述のモータ電気角−転舵角対応マップＭ１等を記憶するＲＯＭ、及び各種センサからの入力値や演算結果を一時的に記憶するＲＡＭ等の記憶手段を含むマイクロコンピュータ５２を備える。

マイクロコンピュータ５２は、その機能ごとに、舵取り機構３０において生じる故障を検出する故障判定手段５２Ａと、舵取り機構３０の転舵モータ３４の駆動制御を実行する舵取り制御手段５２Ｂと、操舵機構１０の反力モータ２０を駆動制御を実行する反力制御手段５２Ｃとを備える。なお、説明の便宜上、先に故障判定手段５２Ａ、及び舵取り制御手段５２Ｂについて詳説し、反力制御手段５２Ｃについては後述する。

故障判定手段５２Ａは、逐次検出されるモータ電気角θｔ及び転舵角θｗの値と、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１とを参照して故障の有無を判定する。判定結果が、「故障無し」である場合には、操舵モードを正常モードに維持する。一方、判定結果が、「故障有り」である場合には操舵モードを通常モードから故障モードに切り替える。

図３は、ＲＯＭの記憶領域に予め格納されたデータであるモータ電気角−転舵角対応マップＭ１の概要を示す図である。同図に示すように、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１には、転舵モータ３４の回転に応じてモータ角センサ３６から検出されるモータ電気角θｔと、転舵輪４の転舵に応じて転舵角センサ４２から検出される転舵角θｗとの対応関係が関数として規定されている。
同図に示すように、本実施形態においては、転舵輪４が最大左転舵角（−５０°）から最大右転舵角（５０°）まで移動する間に、モータ角センサ３６から例えば１０周期分（３６０°×１０）のモータ電気角θｔが繰り返し検出される。また、本実施形態では、中立位置における転舵輪４の転舵角（０°）とモータ電気角（０°）とが対応し、転舵角θｗが１０°変化するごとに、同じモータ電気角θｔが周期的に繰り返し検出されるものとする。また、モータ角センサ３６からのモータ電気角θｔに係る信号は、図外の変換回路によりデジタル信号として変換されるものとする。なお、転舵角θｗとモータ電気角θｔとの関係は、図３に示すものに限定されるものではない。

舵取り制御手段５２Ｂは、現在の操舵モードが正常モード又は故障モードであるかに応じて、転舵モータ３４の目標回転角θｋを算出する演算処理を切り替えて転舵モータ３４を制御駆動する。舵取り制御手段５２Ｂは、操舵モードが正常モードである場合、操舵角θｈ、及び転舵角θｗに基づいて転舵モータ３４の目標回転角θｋを算出し、転舵モータ駆動回路５６を介して転舵モータ３４を制御駆動する。

一方、舵取り制御手段５２Ｂは、操舵モードが故障モードである場合、故障箇所に応じて、操舵角θｈ及び故障判定手段５２Ａにより算出される推定転舵角θｚに基づいて転舵モータ３４の目標回転角θｋを算出し、故障時における車両の操舵を確保すべく転舵モータ３４を駆動制御する。以上を前提として、故障判定手段５２Ａ及び舵取り制御手段５２Ｂの具体的処理、及びその関係性について説明する。

図４は、故障判定手段５２Ａ及び舵取り制御手段５２Ｂの構成を処理機能ごとに示すブロック図である。図５は、故障判定手段５２Ａ及び舵取り制御手段５２Ｂを構成するＥＣＵ５０により実行される処理を説明するメインフローである。同図に示すように、ＥＵＣ５０は、モータ電気角記憶処理（ステップＳ１００）、故障有無判定処理（ステップＳ１１０）、操舵モード判定処理（ステップＳ１１１）、故障箇所判定処理（ステップＳ１２０）、及びモータ制御処理（ステップＳ１６０）をイグニッションスイッチがＯＮであることを条件として繰り返し実行する。以下、各処理の流れに従って故障判定手段５２Ａ及び舵取り制御手段５２Ｂについて説明する。

［故障判定手段について］
図４に示すように、故障判定手段５２Ａは、モータ電気角記憶部８０と、モータ電気角−転舵角比較判定部８２と、モータ故障判定部８３と、操舵モード切替部８４と、故障箇所特定部８５と、推定転舵角算出部８６と、駆動源停止部８８と、車両停止表示出力部９０とを有する。

＜モータ電気角記憶処理＞
［ステップＳ１００］
モータ電気角記憶部８０は、モータ角センサ３６から逐次検出されるモータ電気角θｔをＲＡＭの記憶領域に逐次更新して記憶させるモータ電気角記憶処理を実行して処理を移す。詳細については後述するが、モータ電気角記憶部８０によって更新記憶されたモータ電気角θｔは、故障モード時において読み出される。また、本例においては、モータ電気角θｔを更新記憶するとしたが、モータ電気角θｔの履歴を一定期間保持してもよい。

＜故障有無判定処理＞
図６は、図５に示す故障有無判定処理（ステップＳ１１０）を説明するサブフローチャートである。
［ステップＳ１１２］
モータ電気角−転舵角比較判定部８２は、モータ角センサ３６から検出されたモータ電気角θｔと転舵角センサ４２から検出された転舵角θｗとの関係と、図３に示すモータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定されたモータ電気角θｔと転舵角θｗとの対応関係とを比較して故障の有無を判定する。
具体的には、転舵角θｗとモータ電気角θｔの双方の値（関係）と、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された双方の値（対応関係）とを比較し、検出されたモータ電気角θｔ及び転舵角θｗが、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致するかを判定する。例えば、モータ角センサ３６から検出されたモータ電気角θｔが３６０°であり、転舵角センサ４２から検出された転舵角θｗが１０°である場合、双方の値は、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致し、モータ電気角−転舵角比較判定部８２は、故障無しと判定する。一方、例えば、モータ角センサ３６から検出されたモータ電気角θｔが３６０°であり、転舵角センサ４２から検出された転舵角θｗが５°である場合、転舵角θｗの値が、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致しないため、モータ電気角−転舵角比較判定部８２は、故障有りと判定する。

上記判定の結果、モータ電気角θｔと転舵角θｗとが、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致する（故障無し判定）場合、モータ電気角−転舵角比較判定部８２は、モータ故障判定部８３に転舵角θｗを出力してステップＳ１１４に処理を移す。
一方、上記判定の結果、モータ電気角θｔと転舵角θｗとのいずれかがモータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致しない（故障有り判定）場合、モータ電気角−転舵角比較判定部８２は、ステップＳ１１８に処理を移し、操舵モード切替部８４に故障検出信号Ｐｉを出力して処理を終了する。

［ステップＳ１１４］
モータ故障判定部８３は、ステップＳ１１２の判定結果が、故障無しとの結果であることに基づいて、転舵モータ３４自体に故障が生じているかを判定するモータ故障判定処理を実行する。当該処理は、モータ電気角θｔと転舵角θｗとがモータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致する場合であっても、転舵モータ３４自体に故障が生じている可能性が残ることを考慮して実行される処理である。また、ここで転舵モータ３４自体の故障とは、転舵モータ３４がモータ制御部６２から出力される駆動制御信号に対応した回転動作を行わない場合を想定している。
モータ故障判定部８３は、モータ電気角−転舵角比較判定部８２より入力する転舵角θｗと、後述するモータ制御処理（ステップＳ１６０）において前回算出，記憶された目標回転角θｋとを比較する。そして、転舵角θｗが目標回転角θｋと対応しない場合、転舵モータ３４自体に故障ありと判定し、ステップＳ１１５に処理を移す。一方、モータ故障判定部８３は、転舵角θｗが目標回転角θｋと対応する場合、転舵モータ３４自体に故障無しと判定し、ステップＳ１１６に処理を移す。
このように、モータ故障判定処理は、モータ電気角θｔと転舵角θｗとが、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致すること、換言すればモータ角センサ３６及び転舵角センサ４２に故障が生じていないことを前提として実行されるため、転舵モータ３４自体に生じた故障を簡易に検出できる。

［ステップＳ１１５］
モータ故障判定部８３は、ステップＳ１１４の判定結果が、転舵モータ３４自体に故障有りとの結果であることに基づいて、駆動源停止部８８及び車両停止表示出力部９０に対して車両停止信号Ｐｋを出力して処理を終了する。なお、駆動源停止部８８及び車両停止表示出力部９０については後述する。

［ステップＳ１１６］
モータ故障判定部８３は、ステップＳ１１４の判定結果が、転舵モータ３４自体に故障無しとの結果であることに基づいて、転舵角θｗを舵取り制御手段５２Ｂの目標回転角算出部６０に出力する。

以上のステップＳ１１２の処理を実行する故障判定手段５２Ａによれば、モータ角センサ３６から検出されるモータ電気角θｔと、転舵角センサ４２から検出される転舵角θｗとの関係と、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された対応関係とを比較し、モータ電気角θｔと転舵角θｗとが、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致するかに基づいて故障の有無を判定するため、故障の発生を付加機構を要することなく簡易に検出できる。

操舵モード切替部８４は、モータ電気角−転舵角比較判定部８２から故障検出信号Ｐｉが入力された場合、操舵モードを正常モードから故障モードに切り替える。具体的には、故障箇所特定部８５に対して故障箇所判別開始信号Ｐｊを出力する。また、操舵モードが故障モードとなった場合、操舵モード判定処理（ステップＳ１１１）の判定がＹＥＳとなり、以後、モータ電気角−転舵角比較判定部８２の判定結果に基づく故障箇所判別開始信号Ｐｊの出力を契機として、以下に説明する故障モード時における故障箇所判定処理（Ｓ１２０）が実行される。一方、操舵モードが正常モードである場合、操舵モード判定処理の判定がＮＯとなり、後述のモータ制御処理（ステップＳ１６０）に移行する。

＜故障箇所判定処理＞
図７は、図５に示す故障箇所判定処理（ステップＳ１２０）を説明するサブフローチャートである。当該故障箇所判定処理では、前述の故障有無判定処理によって検出された故障の状況を解析し、故障が発生した箇所を特定するとともに、故障箇所に応じて車両の走行の可否を判定する。

［ステップＳ１２２］
故障箇所特定部８５は、操舵モード切替部８４からの故障箇所判別開始信号Ｐｊの入力に基づいて、推定転舵角算出部８６に対して故障時転舵継続信号Ｐｗを出力し、故障箇所特定処理を実行する。詳細については後述するが、推定転舵角算出部８６は、モータ電気角記憶部８０から読み出されるモータ電気角θｔに基づいて推定転舵角θｚを算出する。算出された推定転舵角θｚは、後述の目標回転角算出部６０に出力される。目標回転角算出部６０は、操舵角θｈ及び推定転舵角θｚに基づいて目標回転角θｋを算出し、モータ制御部６２は、目標回転角θｋに基づいて転舵モータ３４を制御する。故障箇所特定部８５は、故障時転舵継続信号Ｐｗを出力して転舵モータ３４を一時的に駆動させることにより、以下のように故障が発生した箇所を特定する。

＜モータ角センサ３６が故障の場合＞
まず、故障箇所特定部８５は、故障箇所がモータ角センサ３６であるかを特定する。ここで、モータ角センサ３６の故障とは、転舵モータ３４の回転角に対してモータ電気角θｔが異なる場合を想定している。
故障箇所特定部８５は、故障時転舵継続信号Ｐｗの出力後に記憶される転舵モータ３４のモータ電気角θｔを読み出し、読み出し前後のモータ電気角θｔの変化量と目標回転角θｋとが対応するかを判定する。
判定の結果、両者が対応する場合、故障箇所がモータ角センサ３６でないことが特定され、両者が相違する場合、故障箇所がモータ角センサ３６であることが特定される。また、故障箇所がモータ角センサ３６でないことが特定された場合、残る故障箇所が転舵角センサ４２、又は転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素であることが特定される。

＜転舵角センサ４２が故障の場合＞
次に、故障箇所特定部８５は、故障箇所が転舵角センサ４２であるかを特定する。ここで、転舵角センサ４２の故障とは、転舵輪４の実転舵角に対して、出力される転舵角θｗが異なる場合を想定している。
故障箇所特定部８５は、前述の故障時転舵継続信号Ｐｗの出力後に転舵モータ３４から出力されるモータ電気角θｔの変化傾向と、転舵動作によって転舵角センサ４２から出力される転舵角θｗの変化傾向とが対応関係にあるかを判定する。変化傾向が対応関係にあるとは、例えば、モータ電気角θｔの変化が右方向への操舵を示しているときに転舵角θｗの変化も右方向への操舵を示すように、モータ電気角θｗ及び転舵角θｗが同じ方向に変化していることをいう。
判定の結果、モータ電気角θｔの変化傾向と、転舵角θｗの変化傾向とが対応関係にある場合、故障箇所が転舵角センサ４２でないことが特定され、同時に故障箇所が転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素であることが特定される。モータ電気角θｔの変化傾向と、転舵角θｗの変化傾向とが対応関係にない場合、故障箇所が転舵角センサ４２であることが特定される。

＜回転動作に連動する機械的要素が故障の場合＞
上記モータ角センサ３６、及び転舵角センサ４２に対する一連の処理が実行され、故障箇所がモータ角センサ３６でなく、かつ、転舵角センサ４２でないことが特定された場合、故障箇所が転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素であることが特定される。

［ステップＳ１２４］
故障箇所特定部８５は、ステップＳ１２２で特定された故障箇所がモータ角センサ３６であるかを判定する。判定の結果、故障箇所がモータ角センサ３６でない場合、ステップＳ１２６に処理を移す。判定の結果、故障箇所がモータ角センサ３６である場合、ステップＳ１３０に処理を移す。

［ステップＳ１２６］
故障箇所特定部８５は、ステップＳ１２２で特定された故障箇所が転舵角センサ４２であるかを判定する。判定の結果、故障箇所が転舵角センサ４２である場合、ステップＳ１２８に処理を移す。判定の結果、故障箇所が転舵角センサ４２でない場合、換言すれば故障箇所が転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素である場合、故障箇所がモータ角センサ３６である場合と同様に、ステップＳ１３０に処理を移す。

［ステップＳ１２８］
故障箇所特定部８５は、ステップＳ１２２で特定された故障箇所が転舵角センサ４２であることに応じて、以後、推定転舵角算出部８６に対して故障時転舵継続信号Ｐｗを継続的に出力して処理を終了する。推定転舵角算出部８６は、故障時転舵継続信号Ｐｗの入力に基づいて、推定転舵角算出処理（ステップＳ１４０）を実行する。

［ステップＳ１３０］
故障箇所特定部８５は、ステップＳ１２２で特定された故障箇所がモータ角センサ３６、或いは、転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素であることに応じて、駆動源停止部８８及び車両停止表示出力部９０に対して車両停止信号Ｐｋを出力して処理を終了する。駆動源停止部８８及び車両停止表示出力部９０は、車両停止信号Ｐｋの入力に基づいて、車両停止処理（ステップＳ１５０）を実行する。

＜推定転舵角算出処理＞
図８は、図７に示す推定転舵角算出処理（ステップＳ１４０）を説明するサブフローチャートである。当該推定転舵角算出処理は、故障箇所特定処理（ステップＳ１２２）が実行される場合、又は当該故障箇所判定処理の結果、故障箇所が転舵角センサ４２であると特定された場合（ステップＳ１２８）に実行される。
［ステップＳ１４２］
推定転舵角算出部８６は、故障時転舵継続信号Ｐｗの入力に基づいて、モータ電気角記憶部８０によって記憶されたモータ電気角θｔを読み出して処理を移す。なお、故障時転舵継続信号Ｐｗは、前述の故障箇所特定処理（ステップＳ１２２）、及び故障箇所が転舵角センサ４２であることが特定された場合に入力される（ステップＳ１２８）。

［ステップＳ１４４］
推定転舵角算出部８６は、ステップＳ１４２で読み出したモータ電気角θｔと、操舵角センサ１６から検出される操舵角θｈとに基づいて、推定転舵角θｚを算出して処理を移す。ここで、推定転舵角θｚは、正常モード時において転舵角センサ４２から検出される転舵角θｗに代わる転舵輪４の転舵角（実転舵角）に関する情報である。

図１１は、操舵角θｈとモータ電気角θｔとの対応関係が関数として規定された操舵角−モータ電気角対応マップＭ２の一例を示す図である。推定転舵角θｚは、図３に示すモータ電気角−転舵角対応マップＭ１と、図１１に示す操舵角−モータ電気角対応マップＭ２とを参照することにより算出される。即ち、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に示すとおり、同一のモータ電気角θｔには、複数の転舵角θｗが対応する関係にあるため（例えばθｔ＝３６０°に対してθｗ＝−４０°，−３０°，−２０°・・・）、取得したモータ電気角θｔから推定転舵角θｚを直接算出することはできない。

そこで、操舵角−モータ電気角対応マップＭ２を併せて参照することにより、推定転舵角θｚを算出する。具体的には、まず操舵角−モータ電気角対応マップＭ２を参照し、操舵角θｈに対応するモータ電気角θｔの周期Ｔｎを特定する。次に、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１を参照し、特定された周期Ｔｎにおけるモータ電気角θｔに対応する転舵角を推定転舵角θｚとして算出する。

［ステップＳ１４６］
推定転舵角算出部８６は、ステップＳ１４４で算出した推定転舵角θｚを舵取り制御手段５２Ｂの目標回転角算出部６０に出力して処理を終了する。
以上のとおり、推定転舵角算出処理では、故障有無判定処理（ステップＳ１１０）によって何らかの故障（転舵モータ３４自体以外の故障）が検出され、故障箇所特定処理（ステップＳ１２２）によって故障箇所を特定する場合、或いは、故障箇所特定処理の結果、故障箇所が転舵角センサ４２であると特定された場合に、モータ電気角記憶部８０に記憶されているモータ電気角θｔと操舵角θｈとに基づいて、転舵角θｗに代わる推定転舵角θｚが算出される。
このような処理が実行されることにより、故障箇所を特定できるとともに、故障箇所が転舵角センサ４２であり、当該転舵角センサ４２から検出される転舵角θｗに対する信頼性が失われる故障が生じた場合であっても、後述の舵取り制御手段５２Ｂが、転舵角θｗに代わる推定転舵角θｚにより転舵モータ３４の駆動制御を継続できる。よって、転舵角センサ４２の故障発生後においても車両の操舵を確保することができる。

＜車両停止処理＞
図９は、車両停止処理（ステップＳ１５０）を説明するフローチャートである。当該車両停止処理は、故障箇所が転舵モータ３４自体である場合、モータ角センサ３６である場合、又は転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素である場合に実行される。

［ステップＳ１５２］
駆動源停止部８８は、モータ故障判定部８３又は故障箇所特定部８５から入力される車両停止信号Ｐｋに基づいて、車両の駆動輪と接続された図外のモータやエンジン等の駆動源を停止させる駆動源停止処理を実行して処理を移す。

［ステップＳ１５４］
車両停止表示出力部９０は、モータ故障判定部８３又は故障箇所特定部８５から入力される車両停止信号Ｐｋに基づいて、車両の運転席の周囲に設けられた図外の表示器やランプ等の報知手段により、駆動源が停止する旨、及び車両を停止させるべき旨を運転手に報知する駆動源停止表示出力処理を実行する。これら駆動源停止部８８及び車両停止表示出力部９０による車両停止処理が実行されることにより、転舵モータ３４自体、モータ角センサ３６、又は転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素に故障が生じた車両を速やかに停車させることができる。

［舵取り制御手段について］
図４に示すように、舵取り制御手段５２Ｂは、目標回転角算出部６０と、モータ制御部６２とを有する。図１０は、舵取り制御手段５２Ｂを構成するＥＣＵ５０により実行されるモータ制御処理（ステップＳ１６０）を説明するフローチャートである。

＜モータ制御処理＞
［ステップＳ１６２］
目標回転角算出部６０は、操舵角センサ１６から検出される操舵角θｈに応じた目標転舵角θｆを算出し、処理を移す。目標転舵角θｆは、操舵角θｈと目標転舵角θｆとの対応関係が予め規定されたマップや、所定の関数に基づいて算出される。
例えば、マップにより目標転舵角θｆを算出するには、操舵角センサ１６の操舵角θｈを検出可能な分解能に応じて所定の目標転舵角θｆを算出するマップを記憶させておき、当該マップを参照することにより、操舵角θｈと対応する目標転舵角θｆを算出できる。
また、関数により目標転舵角θｆを算出するには、操舵角θｈの大きさに対応して目標転舵角θｆを算出可能な線形関数、又は、非線形関数により目標転舵角θｆを算出すれば良い。
また、車両走行速度に応じて操舵角θｈに対する目標転舵角θｆが変化するように操舵比を変えるためには、予め走行速度に応じた複数のマップを記憶させておき、走行速度に対応するマップを読み出して目標転舵角θｆを算出すれば良い。また、関数により目標転舵角θｆを算出するに際し、操舵比を変えるためには、例えば、走行速度に応じて同一の操舵角θｈであっても、異なる目標転舵角θｆを算出可能な線形関数、又は、非線形関数を複数記憶させておき、走行速度に対応する関数を読み出して目標転舵角θｆを算出すれば良い。

［ステップＳ１６４］
目標回転角算出部６０は、現在の操舵モードが正常モードであるかを判定する。判定の結果、正常モードである場合、ステップＳ１６６に処理を移し、故障モードである場合、ステップＳ１６８に処理を移す。

［ステップＳ１６６］
目標回転角算出部６０は、現在の操舵モードが正常モードであることに応じて、ステップＳ１６２で算出した目標転舵角θｆと、転舵角センサ４２から検出される転舵角θｗとの差分に基づいて、目標回転角θｋを算出する。目標回転角算出部６０は、算出した目標回転角θｋをモータ制御部６２に出力して処理を移す。

［ステップＳ１６８］
一方、目標回転角算出部６０は、現在の操舵モードが故障モードであることに応じて、ステップＳ１６２で算出した目標転舵角θｆと、推定転舵角算出部８６から入力した推定転舵角θｚとの差分に基づいて、目標回転角θｋを算出する。目標回転角算出部６０は、算出した目標回転角θｋをモータ制御部６２に出力して処理を移す。

［ステップＳ１７０］
モータ制御部６２は、例えばＰＷＭ制御により転舵モータ３４を制御する。モータ制御部６２は、ステップＳ１６６又はステップＳ１６８で算出された目標回転角θｋに対応する回転角、及び転舵輪４を転舵させるトルクが得られるように転舵モータ駆動回路５６に駆動制御信号を出力し、処理を終了する。転舵モータ駆動回路５６は、モータ制御部６２から入力された駆動制御信号に応じて転舵モータ３４を回転駆動させるよう制御する。
以上のとおり、モータ制御処理においては、操舵モードが正常モードであるか、故障モードであるかに応じて、目標回転角θｋを異なる処理により算出する。そして、特に故障モードである場合（故障箇所が転舵角センサ４２である場合）、推定転舵角算出処理（ステップＳ１４０）によって、転舵角θｗに代えて算出される推定転舵角θｚに基づいて目標回転角θｋを算出することから、転舵角センサ４２の故障後においても、転舵モータ３４の駆動による車両の操舵を確保することができる。

次に、反力制御手段５２Ｃについて概説する。反力制御手段５２Ｃは、操舵角センサ１６から検出される操舵角θｈと、トルクセンサ１８から検出されるトルクＴｈに基づいて、運転手によるステアリングホイール１４の回転操作方向とは逆向きのトルク（反力）が生じるように反力モータ２０を駆動制御する。反力制御手段５２Ｃからの駆動制御信号は、反力モータ駆動回路５８に出力される。反力モータ駆動回路５８は、反力制御手段５２Ｃから入力した駆動制御信号に応じて反力モータ２０に所定の電流を出力し、反力モータ２０を回転駆動させる。反力制御手段５２Ｃによる反力モータ２０の駆動制御により、運転手はステアリングホイール１４の回転操作時に回転操作方向とは逆向きの手ごたえを感じながら車両を操舵することができる。なお、反力モータ２０及び反力制御手段５２Ｃについては、車両の特性に応じて省略することも可能である。また、反力モータ２０及び反力制御手段５２Ｃと共に、或いはこれらに代えてシャフト１５の端部に図外の捩ればねを配設し、ステアリングホイール１４の回転操作に応じた反力を付与する構成としてもよい。

本実施形態においては、モータ角センサ３６として構造的な特性により耐久性に優れ、転舵モータ３４の回転角を周期的な電気角として出力するレゾルバを採用することにより、転舵モータ３４の回転角に対応するモータ電気角θｔへの信頼性を向上させている。これにより、転舵角センサ４２で検出される転舵角θｗへの信頼性が失われるような故障等を簡易に検出できる。

また、本実施形態においては、モータ電気角−転舵角比較判定部８２による処理（ステップＳ１１２）をモータ電気角θｔ及び転舵角θｗが入力するたびに逐次実行するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、転舵角θｗが中立位置と対応する値（０°）である場合に限ってモータ電気角θｔとの関係を判定するものとしてもよい。

具体的には、ステップＳ１１２の前段に転舵角θｗが中立位置と対応する角度であるかを判定する処理を設け、転舵角θｗが中立位置と対応する場合にのみ、ステップＳ１１２に移行する処理を実行すればよい。このような構成とすることにより、ステップＳ１１２の処理回数（サンプリング回数）が減少し、ＥＣＵ５０に掛かる処理負荷を軽減できる。
また、車両の走行時において最も頻度の高い中立位置と対応する転舵角θｗの入力を条件に判定を実行することから、他の位置と対応する転舵角θｗの入力を条件とする場合に比べ、故障検出に求められる精度を十分に確保することができる。

また、モータ電気角−転舵角比較判定部８２による処理（ステップＳ１１２）においては、モータ電気角θｔと転舵角θｗとが、モータ電気角−転舵角対応マップＭ１に規定された値と一致するかに基づいて故障有無を判定するものとしたが、所定の閾値を設定し、値の相違が閾値内であれば一致すると見做して故障無しの判定を行ってもよい。

また、本実施形態においては、ラック３８が中立位置にあるときのモータ角センサ３６のモータ電気角θｔが０°であるとして説明したが、これに限られるものではなく、ラック３８の中立位置に対して、モータ電気角θｔに位相差があっても良い。この場合、ＥＣＵ５０において位相差を０°に補正するなどの処理を実行すれば良い。

また、本実施形態においては、故障箇所がモータ角センサ３６である場合に、車両停止処理（ステップＳ１５０）に移行するものとしたが、当該処理を実行することなく、モータ制御処理（ステップＳ１６０）を実行し、正常モードの場合と同様の処理（ステップＳ１６６）により目標回転角θｋを算出し、車両の操舵を確保する構成としてもよい。なお、この際には車両を停止させるべき旨を運転手に報知することが望ましい。

＜モータ電気角θｔ信号消失の場合＞
また、本実施形態におけるモータ電気角記憶処理（ステップＳ１００）においてモータ角センサ３６からの入力信号（モータ電気角θｔ）が消失している場合、モータ角センサ３６の断線が疑われるため、故障有無判定処理（ステップＳ１１０）、及び故障箇所判定処理（ステップＳ１２０）を行うことなく、直ちに車両停止処理（ステップＳ１５０）に移行するものとしてもよい。また、上述の場合と同様に、直ちにモータ制御処理（ステップＳ１６０）を実行し、正常モードの場合と同様の処理により目標回転角θｋを算出し、車両の操舵を確保する構成としてもよい。なお、車両を停止させるべき旨の報知についても同様である。

＜転舵角θｗ信号消失の場合＞
また、本実施形態における故障有無判定処理（ステップＳ１１０）において転舵角センサ４２からの入力信号（θｗ）が消失している場合、転舵角センサ４２の断線が疑われるため、故障箇所判定処理（ステップＳ１２０）を行うことなく、直ちに推定転舵角算出処理（ステップＳ１４０）を実行し、推定転舵角θｚに基づく転舵モータ３４の制御（ステップＳ１６８）により車両の操舵を確保する構成としてもよい。

＜転舵角θｗが変化しない場合＞
また、本実施形態における故障箇所特定処理（ステップＳ１２２）において、故障箇所が転舵角センサ４２、又は転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素であると特定された場合であっても、故障時転舵継続信号Ｐｗ出力前後の転舵角θｗが変化しない場合には、故障箇所が転舵角センサ４２及び転舵モータ３４の回転動作に連動する機械的要素のいずれであるかを特定できないため、直ちに車両停止処理（ステップＳ１５０）に移行する構成としてもよい。

上述の実施形態においては、転舵輪４が前方に位置する車両を例として説明したが、車両用操舵装置１は、例えばフォークリフト等の車両に代表されるように、転舵輪４が後方に位置する場合でも同様に適用できる。そしてこの場合、ステアリングホイール１４の回転操作方向と転舵輪４の転舵方向との関係が逆となる。

１ 車両用操舵装置，４ 転舵輪，１０ 操舵機構，１４ ステアリングホイール，
１５ シャフト，１６ 操舵角センサ，１８ トルクセンサ，２０ 反力モータ，
３０ 舵取り機構，３４ 転舵モータ，３６ モータ角センサ，３８ ラック，
４０ タイロッド，４２ 転舵角センサ，５０ ＥＣＵ，５２Ａ 故障判定手段，
５２Ｂ 舵取り制御手段，５２Ｃ 反力制御手段

Claims (6)

1. 操作手段の操作に応じた転舵モータの駆動により車両の転舵輪を転舵する舵取り機構と、
   前記転舵モータの回転角を周期的な電気角として検出するモータ角センサと、
   前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサと、
   前記検出される電気角及び転舵角の対応関係が予め記憶された記憶手段と、
   前記検出した電気角と前記検出した転舵角との関係と、前記記憶手段に記憶された電気角及び転舵角の対応関係とを比較することにより故障有無を判定する故障判定手段と、
   を備えた車両用操舵装置。
2. 前記操作手段の操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記検出した電気角を逐次記憶する逐次記憶手段と、
   前記故障判定手段により故障ありとされたとき、前記逐次記憶手段に記憶された電気角と前記検出した操舵角とに基づいて、前記転舵輪の推定転舵角を算出する推定転舵角算出手段と、
   前記操舵角と算出された推定転舵角とに基づいて前記転舵モータの駆動を制御する舵取り制御手段と、
   を備えた請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記故障判定手段による判定を、前記転舵角が前記転舵輪の中立位置と対応する角度であるときに実行する請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記モータ角センサがレゾルバである請求項１乃至請求項３いずれかに記載の車両用操舵装置。
5. 操作手段の操作に応じた転舵モータの駆動により車両の転舵輪を転舵する舵取り機構と、
   前記転舵モータの回転角を周期的な電気角として検出するモータ角センサと、
   前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサと、
   前記検出される電気角及び転舵角の対応関係が予め記憶された記憶手段と、
   を備えた車両用操舵装置の故障判定方法であって、
   前記検出した電気角と前記検出した転舵角との関係と、前記記憶手段に記憶された電気角及び転舵角の対応関係とを比較することにより故障有無を判定するステップを備えたことを特徴とする故障判定方法。
6. 前記操作手段の操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記検出した電気角を逐次記憶する逐次記憶手段と、
   前記転舵モータの駆動を制御する舵取り制御手段と、
   を備えた請求項５記載の車両用操舵装置における前記転舵モータの制御方法であって、
   故障ありとの判定に基づいて、前記逐次記憶手段に記憶された電気角を読み出すステップと、
   読み出した電気角と前記検出した操舵角とに基づいて、前記転舵輪の推定転舵角を算出するステップと、
   を備え、
   前記舵取り制御手段が前記操舵角及び推定転舵角に基づいて前記転舵モータの駆動を制御することを特徴とする転舵モータの制御方法。

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