JP2006273155A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動パワーステアリング装置において、電動モータの回転位置検出センサが機能喪失を生じた場合の電動モータの機能障害を回避すること。
【解決手段】 電動パワーステアリング装置１０において、電動モータ２０に複数の回転位置検出センサ６１、６２を設け、いずれか１つの回転位置検出センサ６１の異常時に、いずれか他方の１つの回転位置検出センサ６２の検出結果を用いて電動モータ２０を駆動可能にするもの。
【選択図】 図３

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置として、特許文献１に記載の如く、電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストするに際し、電動モータとしてブラシレスモータを用い、固定子鉄心のコアスロットに巻線を巻回し、モータ駆動手段により上記巻線に駆動電流を給電し、電動モータが所定の操舵アシスト力を発生するように制御するものがある。

このとき、電動モータの制御系では、運転者がステアリングホイールに入力する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、車両の速度を検出する車速センサと、電動モータに実際に流れるモータ電流を検出する電流センサと、電動モータの回転子の回転位置を検出する回転位置センサとを有する。

操舵トルクセンサが操舵トルクを検出すると、その操舵トルクが目標操舵トルクに一致するように電動モータに目標電流を供給し、電動モータの出力トルクでステアリング操作をアシストする。このとき、車速センサで検出した車速に応じて上記目標操舵トルクを補正する。そして、電動モータに目標電流を供給するときには、電流センサで電動モータに実際に流れているモータ電流を検出し、その実電流と目標電流との偏差がなくなるようにフィードバック制御される。

また、電動モータは、ブラシレスモータであり、複数相の巻線を有する固定子と、永久磁石を有する回転子とを備えており、回転子の回転角（永久磁石の磁極位置）に応じて各巻線の励磁相に順次駆動電流の供給を切換える必要があり、そのため回転角度センサにより固定子に対する回転子の回転位置が検出される。
特開2000-318627

従来の電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転位置検出センサが断線、短絡、地絡、天絡等の機能喪失を生ずるに至ると、各巻線の励磁相に適正なタイミングで駆動電流を供給することができなくなり、電動モータの暴走等の機能障害を生ずるおそれがある。

本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、電動モータの回転位置検出センサが機能喪失を生じた場合の電動モータの機能障害を回避することある。

請求項１の発明は、電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸のストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストするに際し、電動モータとしてブラシレスモータを用い、固定子に巻回されて複数の励磁相からなる複数相の巻線を有し、回転位置検出センサが検出する回転子の回転位置に基づいて各巻線の励磁相に順次駆動電流を供給し、電動モータを駆動可能にする電動パワーステアリング装置において、電動モータに複数の回転位置検出センサを設け、いずれか１つの回転位置検出センサの異常時に、いずれか他の１つの回転位置検出センサの検出結果を用いて電動モータを駆動可能にするようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記電動モータが三相モータであるようにしたものである。

（請求項１）
(a)電動モータに複数の回転位置検出センサを設けた。第１回転位置検出センサの検出結果を用いて電動モータに給電している過程で、第１回転位置検出センサが断線等により検出信号の送出に何らかの異常を生ずると、第１回転位置検出センサに代わる第２回転位置検出センサを直ちに切換え使用するものとし、正常な第２回転位置検出センサの検出結果を用いて電動モータに給電継続することとする。これにより、第１回転位置検出センサが機能喪失を生じた場合にも、電動モータの各巻線の励磁相に適正なタイミングで駆動電流を供給し続け、電動モータの機能障害を回避できる。

（請求項２）
(b)電動モータとして三相ブラシレスモータを用いることにより、前述(a)において、電動モータの安定した滑らかな回転運動を確保できる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す模式図、図２は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図３は電動パワーステアリング装置の制御系を示すブロック図、図４はモータ駆動手段を示すブロック図である。

電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、ギヤハウジング１１を分割した、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂを有するものにし、このギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ）にステアリング入力軸１２を支持し、入力軸１２にトーションバー１３（不図示）を介して出力軸（不図示）を連結し、この出力軸にピニオン（不図示）を設け、このピニオンに噛合うラック軸１４をギヤハウジング１１に左右方向に直線移動可能に支持している。入力軸１２と出力軸の間には、操舵トルクセンサ４１を設けている。操舵トルクセンサ４１は、ステアリングホイールに加えた操舵トルクに起因するトーションバーの弾性ねじり変形により、入力軸１２と出力軸の間に生ずる相対回転変位量に基づき、操舵トルクを検出し、操舵トルク信号Ｔsを出力する。

電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１４の両端部をギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ、第２ギヤハウジング１１Ｂ）の両側に突出し、それらの端部にタイロッド１５Ａ、１５Ｂを連結し、ラック軸１４の直線移動に連動するタイロッド１５Ａ、１５Ｂを介して、左右の車輪を転舵可能にする。

電動パワーステアリング装置１０は、図２に示す如く、電動モータ２０を取付ボルト２１（不図示）によりホルダ２２に固定し、このホルダ２２を取付ボルト２３（不図示）により第１ギヤハウジング１１Ａに着脱可能にしている。第１ギヤハウジング１１Ａに取付けられて第１ギヤハウジング１１Ａの内部に挿入されたホルダ２２は、ギヤハウジング１１Ａ、１１Ｂの内周との間に一定の間隙を有し、第１ギヤハウジング１１Ａに対するホルダ２２の揺動を許され、ホルダ２２に後述する如くに支持する駆動プーリ２４と従動プーリ３６に巻掛けられるベルト３７の張力を調整可能にする。

このとき、ホルダ２２は、駆動プーリ２４の中心軸２５を支持し、電動モータ２０の回転軸２０Ａの軸端のジョイント２６Ａと、中心軸２５の軸端のジョイント２６Ｂを、それらの周方向複数位置に設けた歯の間にゴム等の中間ジョイント２６Ｃを挟む状態で、互いに軸方向から係着する。駆動プーリ２４は中心軸２５の両端部を軸受２７、２８によりホルダ２２に両端支持される。２９は軸受２８の外輪固定用止め輪である。

電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１４にボールねじ３０を設け、ボールねじ３０にボール３１を介して噛合うボールナット３２を有し、ギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ）に支持した軸受３３によりボールナット３２を回転自在に支持する。３４は軸受３３の外輪固定用ナットである。ボールナット３２の外周には、ロックナット３５により従動プーリ３６が固定される。

電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０の側の駆動プーリ２４と、ボールナット３２の側の従動プーリ３６にベルト３７を巻掛け、電動モータ２０の回転を駆動プーリ２４、ベルト３７、従動プーリ３６経由でボールナット３２に伝え、ひいてはラック軸１４の直線ストロークに変換し、該ラック軸１４を直線移動させる。これにより、電動モータ２０はステアリング系に操舵アシスト力を付与するものになる。

電動パワーステアリング装置１０は、第１ギヤハウジング１１Ａに支持されているラック軸１４を第２ギヤハウジング１１Ｂに通し、第１ギヤハウジング１１Ａに取付けられているホルダ２２を第２ギヤハウジング１１Ｂで覆い、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂを複数の締結ボルト１６で締結する。このとき、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂは、図２に示す如く、複数の筒状ノックピン１６Ａにより、それらノックピン１６Ａの両端部のそれぞれを打ち込まれて位置合せされた後、各ノックピン１６Ａに挿通される締結ボルト１６により螺合締結される。一部の締結ボルト１６はノックピン１６Ａを通って第１ギヤハウジング１１Ａに螺着され、他の締結ボルト１６はノックピン１６Ａを通って第２ギヤハウジング１１Ｂに螺着される。

電動パワーステアリング装置１０は、ギヤハウジング１１Ａ、１１Ｂに支持されるラック軸１４の振れを小さくするため、以下の構成を備える。

第２ギヤハウジング１１Ｂにおいて、第１ギヤハウジング１１Ａに支持したボールナット３２に相対する部分をブッシュ支持部１７とし、ボールナット３２とブッシュ支持部１７とにブッシュ４０を架け渡す。ブッシュ４０は、ボールナット３２の先端側内周部に圧入されて固定的に設けられ、ブッシュ支持部１７の内周部に回転摺動可能に支持される状態で、ラック軸１４を直線摺動可能に支持する。

ブッシュ４０は、金属等からなる筒体の外周の軸方向における一部をブッシュ支持部１７との摺動部とし、内周の全部をラック軸１４との摺動部とする。摺動部は、含油ポリアセタール樹脂、又は四フッ化エチレン樹脂等の潤滑被膜層を筒体の表面にコーティング等にて設けたものである。

電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０として三相ブラシレスモータを用いる。電動モータ２０は、固定子鉄心の複数のスロットのそれぞれに３つの励磁相ｕ、ｖ、ｗからなる三相の巻線１０１、１０２、１０３を巻回すとともに（図４）、永久磁石を有する回転子を備える。電動モータ２０は、回転子の回転角（永久磁石の磁極位置）に応じて各巻線１０１、１０２、１０３の励磁相ｕ、ｖ、ｗに順次モータ駆動電流Ｉm（Ｉmu、Ｉmv、Ｉmw）の供給を切替える必要があり、回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ６０を有する。回転位置検出センサ６０は、レゾルバにて構成され、電動モータ２０の回転子に固定されるレゾルバのロータと、モータハウジングに固定されるレゾルバのステータとからなる。レゾルバのステータには、レゾルバのロータの回転位置に応じて所定の電圧が誘起されるから、この出力信号を演算することにより、ロータ換言すれば電動モータ２０の回転子の回転位置を検出できる。

電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０のための以下の制御手段５０を有する（図３）。

制御手段５０は、操舵トルクセンサ４１と車速センサ４２を付帯的に備える。操舵トルクセンサ４１は、前述の如く、ステアリング系の操舵トルクを検出して操舵トルク信号Ｔsを制御手段５０に出力する。車速センサ４２は、車両の速度を検出し、車速信号Ｖsを制御手段５０に出力する。

制御手段５０は、マイクロプロセッサを基本に、各種演算処理手段、信号発生手段、メモリ等を有し、操舵トルク信号Ｔs、車速信号Ｖsに基づき、Ｐ（比例制御）及びＩ（積分制御）を施した駆動制御信号Ｖo（各巻線１０１、１０２、１０３の励磁相ｕ、ｖ、ｗに対応する三相のＰＷＭ制御電圧信号Ｖou、Ｖov、Ｖow）を生成し、これによってモータ駆動手段４３を駆動制御する。

モータ駆動手段４３は、例えば６個のパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、又はＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子からなるブリッジ回路で構成され、駆動制御信号Ｖoに対応するモータ駆動電流Ｉm（三相の交流駆動電流Ｉmu、Ｉmv、Ｉmw）を発生し、この駆動電流Ｉm（Ｉmu、Ｉmv、Ｉmw）を、回転位置検出センサ６０が検出した電動モータ２０の回転子の回転角に応じて電動モータ２０の各巻線１０１、１０２、１０３の励磁相ｕ、ｖ、ｗに順次供給する。ステアリングホイールが時計回り方向に操舵されているときには、電動モータ２０を例えば正回転させて前輪が時計回り方向に向くようにステアリング系に操舵アシスト力を付与する。

制御手段５０は、電流検出手段４４を付帯的に備える。電流検出手段４４は、電動モータ２０に実際に流れるモータ電流Ｉmを検出し、モータ電流Ｉmに対応するデジタルに変換した検出電流信号Ｉmoを制御手段５０にフィードバック（負帰還）する。

制御手段５０は、目標電流設定手段５１、偏差演算手段５２、電流制御演算手段５３を有する。

目標電流設定手段５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリを備え、操舵トルクセンサ４１が出力する操舵トルク信号Ｔsと、この操舵トルク信号Ｔsと車速センサ４２が出力する車速信号Ｖsに基づいて予めメモリに記憶されている目標電流信号Ｉmsマップから、車速信号Ｖsをパラメータにした操舵トルク信号Ｔsに対する目標電流信号Ｉmsを読み出して偏差演算手段５２に向けて出力する。

偏差演算手段５２は、目標電流信号Ｉmsと検出電流信号Ｉmoの偏差（Ｉms−Ｉmo）を演算し、偏差信号ΔＩを電流制御演算手段５３に出力する。

電流制御演算手段５３は、目標電流信号Ｉmsと検出電流信号Ｉmoの偏差信号ΔＩに応じ、電動モータ２０のモータ駆動手段４３に方向（電動モータ２０の回転方向）極性信号及びデューティ比に相当するＰＷＭ信号Ｖo（Ｖou、Ｖov、Ｖow）を与える。

電流制御演算手段５３は、ＰＩ（比例・積分）制御手段５４、ＰＷＭ信号発生手段５５から構成される。尚、必要によりトルク微分制御手段も加えられる。

ＰＩ制御手段５４は、比例感度ＫPを発生して比例制御する比例要素５４Ａと、積分ゲインＫIを発生して積分制御する積分要素５４Ｂと、比例要素５４Ａと積分要素５４Ｂの出力信号を加算する加算器５４Ｃを備える。比例要素５４Ａと積分要素５４Ｂは並列接続され、比例要素５４Ａは偏差信号ΔＩに比例感度ＫPを乗じた比例信号ＩPを、積分要素５４Ｂは偏差信号ΔＩに積分ゲインＫIを有する積分処理を施した積分信号ＩIを、それぞれ加算器５４Ｃに出力する。加算器５４Ｃは比例信号ＩPと積分信号ＩIを加算し、比例・積分信号ＩPI（ＩP＋ＩI）をＰＷＭ信号発生手段５５に向けて出力する。

ＰＷＭ信号発生手段５５は、回転位置検出センサ６０の検出結果を得て、回転位置検出センサ６０が検出した電動モータ２０の回転子の回転角に応じて、比例・積分信号ＩPIの方向と大きさに対応する方向極性信号及びデューティ比に相当し、電動モータの各巻線１０１、１０２、１０３の励磁相ｕ、ｖ、ｗに対応するＰＷＭ信号を駆動制御信号Ｖo（Ｖou、Ｖov、Ｖow）としてモータ駆動手段４３に向けて出力する。モータ駆動手段４３は駆動制御信号Ｖoに対応するモータ駆動電流Ｉm（Ｉmu、Ｉmv、Ｉmw）で電動モータ２０を駆動する。

従って、制御手段５０は電動パワーステアリング装置１０の電動モータ２０に対して以下の如くのアシスト制御を行なう。

(1)操舵トルクセンサ４１が検出した操舵トルクが所定値より低いとき、操舵アシスト力は不要であり、電動モータ２０を駆動しない。

(2)操舵トルクセンサ４１が検出した操舵トルクが所定値を超えるとき、操舵アシスト力を必要とするから、電動モータ２０を駆動して通常回転させ、アシスト制御する。電動モータ２０の回転力が駆動プーリ２４、ベルト３７、従動プーリ３６経由でボールナット３２に伝えられ、ボールねじ３０を介してラック軸１４を直線ストロークさせる操舵アシスト力になる。

しかるに、電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０に設ける回転位置検出センサ６０として第１回転位置検出センサ６１と第２回転位置検出センサ６２を設け、それら２個の回転位置検出センサ６１、６２を異常制御手段７０によりＰＷＭ信号発生手段５５に対して切換え使用可能にする。

異常制御手段７０は、第１回転位置検出センサ６１と第２回転位置検出センサ６２の検出信号を受信してそれらの断線等の有無に起因する検出状態の正常／異常を継続的に監視し、
(1)両回転位置検出センサ６１、６２の検出状態が正常であることを条件に、予め定めた一方、例えば第１回転位置検出センサ６１の検出結果をＰＷＭ信号発生手段５５に送出して電動モータ２０を駆動し、
(2)第１回転位置検出センサ６１の検出状態が異常を生じたとき、正常な第２回転位置検出センサ６２の検出結果をＰＷＭ信号発生手段５５に送出して電動モータ２０を駆動する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)電動モータ２０に複数の回転位置検出センサ６１、６２を設けた。第１回転位置検出センサ６１の検出結果を用いて電動モータ２０に給電している過程で、第１回転位置検出センサ６１が断線等により検出信号の送出に何らかの異常を生ずると、これを検知する異常制御手段７０が第１回転位置検出センサ６１に代わる第２回転位置検出センサ６２を直ちに切換え使用するものとし、正常な第２回転位置検出センサ６２の検出結果を用いて電動モータ２０に給電継続することとする。これにより、第１回転位置検出センサ６１が機能喪失を生じた場合にも、電動モータ２０の各巻線１０１、１０２、１０３の励磁相ｕ、ｖ、ｗに適正なタイミングで駆動電流を供給し続け、電動モータ２０の機能障害を回避できる。

(b)電動モータ２０として三相ブラシレスモータを用いることにより、前述(a)において、電動モータ２０の安定した滑らかな回転運動を確保できる。

尚、制御手段５０は警報出力手段８０を付帯的に備える。警報出力手段８０は、異常制御手段７０が回転位置検出センサ６０（６１、６２）の異常を検知したとき、運転者に対し警報を出力する。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。電動モータ２０は３個以上の回転位置検出センサを備えるものでも良い。

図１は電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 図２は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。 図３は電動パワーステアリング装置の制御系を示すブロック図である。 図４はモータ駆動手段を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１４ ラック軸
２０ 電動モータ
６０ 回転位置検出センサ
６１ 第１回転位置検出センサ
６２ 第２回転位置検出センサ
７０ 異常制御手段

Claims (2)

1. 電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸のストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストするに際し、
   電動モータとしてブラシレスモータを用い、固定子に巻回されて複数の励磁相からなる複数相の巻線を有し、回転位置検出センサが検出する回転子の回転位置に基づいて各巻線の励磁相に順次駆動電流を供給し、電動モータを駆動可能にする電動パワーステアリング装置において、
   電動モータに複数の回転位置検出センサを設け、いずれか１つの回転位置検出センサの異常時に、いずれか他の１つの回転位置検出センサの検出結果を用いて電動モータを駆動可能にすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電動モータが三相モータである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

Images