JP2006130959A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバに故障の程度を視覚若しくは聴覚で報知することにより、アシスト制限等の制御を行ってもドライバに不安感を与えないようにした電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】トルク信号、車速等に基づいて操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値に基づいてモータによるアシスト力を操舵系に付与するするようになっている電動パワーステアリング装置において、電動パワーステアリングシステム内の異常・故障を検出する異常・故障検出手段と、前記異常・故障の程度を判別する異常・故障程度判別手段と、前記異常・故障程度判別手段の判別結果に応じた表示を行う表示手段とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異常・故障検出機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、特に異常・故障発生時にドライバにその程度を報知する警報・表示手段を具備した電動パワーステアリング装置に関する。

自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢（アシスト）する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図６に示して説明すると、操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。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３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１及びリレー１３を経て電力が供給され、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Ｔと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵも含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図７のようになる。

コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。また、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３９Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４の出力と共に、比例演算器３５及び積分演算器３６の出力も加算器３９Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０の電流ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、減算器３９Ａにフィードバックされる。

このような電動パワーステアリング装置においては、より安全性を高めるためフェールセーフ機能を具備するようになって来ている。従来のフェールセーフ機能を具備した電動パワーステアリング装置として、例えば特開平１０−１６７０８６（特許文献１）及び特開２００１−１８８２０（特許文献２）に示されるものがある。

特許文献１に記載のものは、モータの電流検出回路と、電流検出回路の故障を検出する故障検出回路とを設け、故障検出回路が電流検出回路の故障を検出したときに、フィードバック系をオープンループ系に切換えるものである。

また、特許文献２に記載のものは、センサで検出した車輪の回転角又は回転速度に基づいて車輪がロック状態或いは空転状態になったことを検出し、車輪の空転状態の異常が検出されるとドライバに警報を発すると共に、異常状態が重度の場合には自動操舵制御を中止し、軽度の場合には自動操舵制御を継続することにより、車両が正しい移動軌跡から外れるのを防止するものである。
特開平１０−１６７０８６ 特開２００１−１８８２０

上述の特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、故障後もフェールランプを点灯したままでアシストを継続している。また、特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置では、異常発生後にドライバに警報を発し、故障の程度を判断して制御を中止又は継続している。いずれも故障の程度をドライバに報知しないため、ドライバがアシスト制限のときに電動パワーステアリング装置の動作がおかしいと感じ、不安になる可能性があった。

例えば、過熱保護のために電流制限を行うとアシスト力が低下するので、ドライバは電動パワーステアリング装置が故障ではないかと不安に思う。しかし、これは故障ではなく、販売店等の修理工場へ行く必要もない。フェールランプが点灯していないのにアシスト力が低下すれば、故障ではないかと不安になるし、フェールランプを点灯させると、必要がないのに販売店等へ修理に出すことになる。また、故障により電流制限を行う場合もあり、この場合には修理工場に持ち込んで修理をしてもらいたいことになる。

上記２つのケースは共にアシスト力の低下という同一の症状として現れるため、ドライバには故障なのか、或いは故障ではないかの区別ができない。といって、フェールランプの点灯、消灯で区別したのでは、上述のようにドライバに不安を与えてしまう。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、ドライバに異常・故障の程度（故障ではないがアシスト制限を加えているという情報）を視覚若しくは聴覚で報知することにより、アシスト制限等の制御を行ってもドライバに不安感を与えないようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、トルク信号、車速等に基づいて操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値に基づいてモータによるアシスト力を操舵系に付与するするようになっている電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、電動パワーステアリングシステム内の異常・故障を検出する異常・故障検出手段と、前記異常・故障の程度を判別する異常・故障程度判別手段と、前記異常・故障程度判別手段の判別結果に応じた表示を行う表示手段とを設けることにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記表示手段をドライバの視覚内に設けることにより、或いは前記電動パワーステアリングシステム内に切替え部を設け、前記判別結果に基づき前記切替え部を制御し、少なくとも２以上のランプ又はＬＥＤを点灯又は点滅させることにより、或いは前記電動パワーステアリングシステムの故障・異常の状態に応じて、文字、記号、図等を用いたメッセージを出力する機能を有していることにより、或いは前記表示手段を音声メッセージ若しくは警報音とすることにより、より効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ドライバが故障の程度を視覚若しくは聴覚で確認できるので、アシスト制限の制御を行ってもドライバが車両異常若しくは故障と勘違いして不安になることもない。

電動パワーステアリング装置における従来のフェールセーフ機能は、何か故障した場合には直ちにアシストを停止するようになっていた。しかし、最近は何らかの異常・故障発生後もできるだけアシストを継続させるようになって来た。この理由の１つは、電動パワーステアリング装置採用車両の大型化にある。従来の軽自動車のような車両では、アシスト停止のマニュアルステア状態でも十分に操舵することができたが、最近電動パワーステアリング装置が搭載されるようになって来た２０００ｃｃクラスの車両では、アシスト停止ではハンドルが重すぎて操舵することが困難である。

何か異常発生・故障してもできるだけアシストを継続させるためには、アシスト継続可能な異常・故障か、アシスト継続不可能な異常・故障かを確実に判別する必要がある。例えば、モータを制御するトルクセンサの異常・故障は致命的であるので、どんな大型車であっても直ちにアシスト停止にする必要があるが、メイントルクセンサとサブトルクセンサのいずれか一方の異常・故障なら正常な方のトルクセンサの出力を使用すれば良いので、アシスト継続には支障がない。

以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は本発明のコントロールユニット３０Ａの実施例を図６に対応させて示しており、コントロールユニット３０Ａには、トルクセンサ１０、モータ２０等の異常若しくは故障を検出する異常・故障検出部３０１が設けられ、異常・故障検出部３０１で検出された異常・故障の程度、即ちアシスト保護動作程度の異常・故障か、或いはアシストを制限してアシスト継続可能な異常・故障か、アシスト継続不可能で停止すべき異常・故障かを判別する異常・故障程度判別部３０２が設けられている。異常・故障程度判別部で判別された判別信号ＤＣはアシスト制御部３０４に入力され、モータ２０のアシストを制御すると共に、表示制御部３０３に入力され、運転席前方のメータパネル４０に設けられている表示部４１の表示を制御する。

図２は表示部４１の一例を示しており、メータパネル４０のスピードメータ４２とエンジン回転メータ（他のメータも含む）４３との間に２つの発光色の異なるＬＥＤ（発光ダイオード）４１１（例えば赤色）及び４１２（例えば青色）が設けられている。図２は一例であり、表示部４１はメータパネル４０内の任意位置に設置可能である。

図３は表示部４１の結線例を示しており、ＬＥＤ４１１及び４１２は抵抗４１３を経て電源＋Ｖｃｃに接続され、他端はそれぞれ切替え部３１０の接点ａ及びｂに接続されている。切替え部３１０には、表示制御部３０３からＬＥＤ４１１及び４１２の駆動信号ＤＳが加えられ、接点ａ及びｂは表示制御部３０３からの切替え信号ＳＷによって切替えられる。なお、図３では、切替え部３１０は機械的な構成となっているが、非接触式の電子スイッチで構成され得る。

このような構成において、その動作を図４のフローチャートを参照して説明する。

異常・故障検出部３０１は常時トルクセンサ１０等の異常・故障を検出しており（ステップＳ１）、異常・故障が検出された場合には、検出信号ＤＴに基づいて異常・故障程度判定部３０２で異常・故障の程度を判定する（ステップＳ２）。その結果、アシスト保護の動作である場合には（ステップＳ３）、駆動信号ＤＳを生成すると共に、切替え信号ＳＷによって切替え部３１０の接点ｂを接続して青色のＬＥＤ４１２を点灯する（ステップＳ４）。アシスト保護動作の異常・故障としては、例えば過熱保護、バッテリ電圧低下、ロックエンド保護等がある。

また、異常・故障の程度の判定によってアシストを制限して継続する場合には（ステップＳ５）、パルス状の駆動信号ＤＳを生成すると共に、切替え信号ＳＷによって切替え部３１０の接点ａを接続して赤色のＬＥＤ４１１を点滅し（ステップＳ６）、アシスト停止の場合には（ステップＳ７）、駆動信号ＤＳを生成すると共に、切替え信号ＳＷによって切替え部３１０の接点ａを接続して赤色のＬＥＤ４１１を点灯する（ステップＳ８）。その後、復帰待ちとなる。アシスト制限の異常・故障としては車速センサ１２の異常・故障、ＣＡＮ(Controller Area Network)通信系の異常・故障等があり、アシスト停止の異常・故障としてはモータ２０やトルクセンサ１０等の重大故障がある。

なお、本例では２色のＬＥＤとしているが、同一色のＬＥＤで点灯と点滅で区別することも可能であり、３色以上として表示することも可能である。

本例ではＬＥＤによって、ドライバに異常・故障の発生若しくはアシストの状態を報知するようになっているが、表示素子としてランプを用いても良い。ランプであれば、任意の色で表示することが可能である。上記例では、ＬＥＤを２色とし、１つのモードを点滅するようにしているが、３色のＬＥＤ、ランプで報知することも可能である。

また、本発明の表示部４１は、図５に示すように液晶パネル等にアシストの状態をメッセージ形式で表示するようにしても良い。この場合、アシスト保護動作では例えば「パワステ保護機能動作中」と表示し、アシスト制限では例えば「パワステ機能故障」と表示し、アシスト停止では例えば「故障又は修理要」と表示する。

なお、上述の例ではＬＥＤやランプなどの点灯若しくは点滅、或いはメッセージの表示で警報を報知するようになっているが、更に視覚に加え或いは独立に音声メッセージや警報音等の聴覚で報知するようにすることも可能である。また、ＬＥＤやランプ等の設置場所はメータパネルに限定されるものではなく、少なくともドライバの視野に入る場所であれば良い。

本発明によれば、ドライバに異常・故障の程度を視覚（又は／及び聴覚）で報知することができるので、ドライバに安心感を与える高性能な電動パワーステアリング装置を実現できる。

本発明の一実施例を示すブロック構成図である。 本発明に係るメータパネルの一例を示す図である。 表示制御部及び表示部の結線例を示す図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 本発明に係るメータパネルの他の例を示す図である。 一般的な電動パワーステアリング装置の概略を示す構造図である。 コントロールユニットの一例を示すブロック構成図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１３ リレー
１４ バッテリ
２０ モータ
３０、３０Ａ コントロールユニット
４０ メータパネル
４１ 表示部
３０１ 異常・故障検出部
３０２ 異常・故障程度判別部
３０３ 表示制御部
３０４ アシスト制御部
３１０ 切替え部
４１１、４１２ ＬＥＤ

Claims (5)

1. トルク信号、車速等に基づいて操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値に基づいてモータによるアシスト力を操舵系に付与するするようになっている電動パワーステアリング装置において、電動パワーステアリングシステム内の異常・故障を検出する異常・故障検出手段と、前記異常・故障の程度を判別する異常・故障程度判別手段と、前記異常・故障程度判別手段の判別結果に応じた表示を行う表示手段とを具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記表示手段がドライバの視覚内に設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記電動パワーステアリングシステム内に切替え部を設け、前記判別結果に基づき前記切替え部を制御し、少なくとも２以上のランプ又はＬＥＤを点灯又は点滅させるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記電動パワーステアリングシステムの故障・異常の状態に応じて、文字、記号、図等を用いたメッセージを出力する機能を有している請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記表示手段が音声メッセージ若しくは警報音である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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