JP2007269277A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ位置センサからの検出信号に異常が発生した場合であっても、アシストトルクが継続して発生させて、ステアリング操作への影響を小さく抑える。
【解決手段】ロータ位置推定部２６は、トルクセンサ１１が検出した回転角に基づいてロータの磁極位置を推定し、ロータ位置推定信号を出力する。センサ回路故障検出部２３は、ロータ位置センサ５からのロータ位置信号の異常を検出する。センサ回路故障検出部２３がロータ位置信号の異常を検出したとき、信号切換部２７は、ロータ位置推定部２６からのロータ位置推定信号を波形成型部２５へ出力し、波形成型部２５は、アシストトルク部２４が算出したアシストトルクとロータ推定位置信号とに基づいてモータ制御信号を生成して、このモータ制御信号をドライバ２２からモータ２に出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング蔵置に関する。

特開２００５−７５０２６号公報には、自動車のステアリング装置をモータの回転力でシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置が開示されている。

特開２００５−７５０２６号公報

ここで、上記電動パワーステアリング装置の駆動源として、ブラシレスモータを使用することが可能である。係るブラシレスモータは、モータの通電制御に際しモータに同期した電流を供給させるために必要なロータの磁極位置を検出するロータ位置センサを備える。

しかし、上記ロータ位置センサに故障や断線等の不具合が生じた場合には、モータの通電制御を行うことができず、アシストトルクが得られない。このため、車両運転時などにロータ位置センサに不具合が生じると、運転者にステアリング操作の違和感を与えてしまうため好ましくない。

上記課題に鑑み、本発明は、ロータ位置センサからの検出信号に異常が発生した場合であっても、アシストトルクを継続して発生させて、ステアリング操作への影響を小さく抑えることが可能な電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ブラシレスモータとトルクセンサとアシストトルク演算手段とモータ制御手段と異常検出手段とを備える。

ブラシレスモータは、ラックシャフトとステータとロータとロータ位置センサを有する。ラックシャフトは、ステアリングシャフトにトーションバーを介して連結されてステアリングシャフトと連動して移動する。ロータは、ステータの励磁によってラックシャフトを駆動する。ロータ位置センサは、ロータの磁極位置に対応するロータ位置信号を出力する。トルクセンサは、トーションバーと第１回転角センサと第２回転角センサとを有する。第１回転角センサは、トーションバーの一端側の回転角を検出する。第２回転角センサは、トーションバーの他端側の回転角を検出する。アシストトルク演算手段は、第１回転角センサ及び第２回転角センサがそれぞれ検出した回転角に基づいて、ブラシレスモータに発生させるアシストトルクを演算する。モータ制御手段は、アシストトルク演算手段が算出したアシストトルクとロータ位置センサが出力したロータ位置信号とに基づいてステータに通電する電流を制御するためのモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号をブラシレスモータに出力する。ロータ位置推定手段は、第１回転角センサ及び第２回転角センサが検出した回転角の少なくとも一方に基づいて、ロータの磁極位置を推定する。異常検出手段は、ロータ位置信号の異常を検出する。

モータ制御手段は、異常検出手段が前記ロータ位置信号の異常を検出していないときには、アシストトルク演算手段が算出したアシストトルクとロータ位置センサが出力したロータ位置信号とに基づいてステータに通電する電流を制御するためのモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号をブラシレスモータに出力する。また、モータ制御手段は、異常検出手段がロータ位置信号の異常を検出したときには、アシストトルク演算手段が算出したアシストトルクとロータ位置推定手段が推定したロータの磁極位置とに基づいてモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号を前記ブラシレスモータに出力する。

上記構成では、ロータ位置センサに故障や断線等の不具合が生じた場合には、第１回転角センサ及び第２回転角センサが検出した回転角の少なくとも一方に基づいてロータの磁極位置を推定し、算出したアシストトルクと推定したロータの磁極位置とに基づくモータ制御信号を生成してブラシレスモータに出力するので、ブラシレスモータが急に停止することなく継続してアシストトルクを発生させる。従って、ロータ位置センサからのロータ位置信号に異常が発生した場合であっても、ステアリング操作への影響を小さく抑えることができる。

また、ロータの磁極位置を、アシストトルクを算出するために設けられたトルクセンサが出力する回転角度信号に基づいて推定している。すなわち、他の使用目的のために設けられたセンサからの検出値を利用して、ロータの磁極位置を推定することができる。

また、上記電動パワーステアリング装置がステアリングシャフトの回転角を検出する舵角センサとを有する場合、ロータ位置検出手段は、舵角センサが検出したステアリングシャフトの回転角に基づいてロータの磁極位置を推定してもよい。

本発明によれば、ロータ位置センサからの検出信号に異常が発生した場合であっても、アシストトルクが継続して発生するので、ステアリング操作への影響を小さく抑えることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図、図２はトルクセンサの概要を示す模式図、図３は電動パワーステアリング装置を備えたステアリング機構を示す外観斜視図、図４及び図５は電動パワーステアリング装置のＥＣＵのブロック構成図、図６はＥＣＵが実行する故障判定制御処理を示すフローチャートである。

図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、交流ブラシレスモータ（以下、単にモータと称する）２を備えている。モータ２は、ステータ３とロータ４とロータ位置センサ５とラックシャフト６とを有している。ステータ３は、ラックシャフト６を覆う車体側のステアリングギヤハウジング７に固定されている。ロータ４は、ラックシャフト６と係合し、ステアリングギヤハウジング７にベアリング８を介して回転可能に支持されている。ステータ３は、コイルとコアとにより構成され、ロータ４には、磁石が取り付けられている。ロータ位置センサ５は、ステアリングギヤハウジング７に固定され、モータ２の通電制御に際しモータ２に同期した電流を供給させるために必要なロータ４の磁極位置（ロータ４の回転位置）を検出し、その検出値に対応したロータ位置信号を出力する。ロータ４にはボールネジナット３０が組み付けられ、このボールネジナット３０がラックシャフト６のボールネジ部３１と噛合する。このボールネジナット３０とボールネジ部３１との噛合により、ロータ４が回転するとラックシャフト６が軸方向へ移動する。すなわち、モータ２の回転駆動時（ステータ３の励磁時）には、ロータ４が回転し、ロータ４と係合（噛合）したラックシャフト６が駆動され、ラックシャフト６が車幅方向へ変位する。

ラックシャフト６のラックギヤ６ａは、ピニオンシャフト１３（図２に示す）のピニオンギヤ（図示省略）と噛み合っている。ピニオンシャフト１３は、後述するトルクセンサ１１のトーションバー１２（図２に示す）を介して、ステアリングシャフト１０の下端部に連結されている。

このように、ラックシャフト６とトーションバー１２とピニオンシャフト１３とは、ステアリングシャフト１０とラックシャフト６とを機構的に連結する連結機構を構成する。この連結機構により、ステアリングシャフト１０の回転と連動してラックシャフト６が車幅方向に移動（ロータ４が回転）し、ラックシャフト６は、運転者のステアリング操作によるステアリングシャフト１０の回転と、ステータ３の励磁によるロータ４の回転とによって、車幅方向に沿って長手方向に変位する。すなわち、モータ２は、その回転駆動によりラックシャフト６を車幅方向に沿って変位させるアシストトルクを発生し、車輪を転舵させる際の運転者のステアリング操作をアシストする。

ステアリングシャフト１０の下端部には、トルクセンサ１１が設けられている。図２に示すように、トルクセンサ１１は、トーションバー１２と第１回転角センサ１４と第２回転角センサ１５とを備える。第１回転角センサ１４は、トーションバー１２の上端が固定されたステアリングシャフト１０の下端に配置され、第２回転角センサ１５は、トーションバー１２の下端が固定されたピニオンシャフト１３の上端に配置されている。第１回転角センサ１４は、トーションバー１２の上端の回転角を検出し、その検出値に対応する第１回転角信号を出力する。第２回転角センサ１５は、トーションバー１２の下端の回転角を検出し、その検出値に対応する第２回転角信号を出力する。

図３に示すように、ステアリングシャフト１０の上端部は、車体側に固定されたコラムカバー１６によって覆われている。コラムカバー１６の内部には、舵角センサ１７が設けられている。舵角センサ１７は、ステアリングシャフト１０の回転角を検出し、その検出値に対応する舵角信号を出力する。この舵角信号（舵角センサ１７）は、例えば車両の姿勢制御などに使用される。また、ステアリングシャフト１０の上端には、運転者からのステアリング操作（回転操作）が入力されるステアリングホイール１８が固定されている。

図４に示すように、電動パワーステアリング装置１のＥＣＵ（エレクトロニック・コントロール・ユニット）２０は、ＣＰＵ２１とドライバ２２とセンサ回路故障検出部（故障検出回路）２３とを備える。また、ＣＰＵ２１は、アシストトルク演算部２４と波形成型部２５とロータ位置推定部２６と信号切換部２７とを備える。アシストトルク演算部２４はアシストトルク演算手段を構成し、波形成型部２５と信号切換部２７とドライバ２２とがモータ制御手段を構成し、センサ回路故障検出部２３が異常検出手段を構成し、ロータ位置推定部２６がロータ位置推定手段を構成する。

アシストトルク演算部２４には、トルクセンサ１１の検出信号（第１角度センサ１４からの第１回転角信号及び第２角度センサ１５からの第２回転角信号）が入力する。アシストトルク演算部２４は、トルクセンサ１１の検出信号に基づいて、モータ２に発生させるアシストトルクを算出する。具体的には、第１角度センサ１４からの第１回転角信号と第２角度センサ１５からの第２回転角信号とからトーションバー１２の上下端間の相対角度（トーションバー１２の捻れ角度）を算出し、この相対角度に基づいて必要なアシストトルク（モータ２に発生させるアシストトルク）を算出して、算出したアシストトルクに対応したアシストトルク信号を波形成型部２５へ出力する。

ロータ位置推定部２６には、トルクセンサ１１から第１回転角信号及び第２回転角信号の少なくとも一方が入力する。ロータ位置推定部２６は、入力した回転角信号に基づいて、ロータ４の磁極位置を推定してロータ位置推定信号を出力する。ロータ４の磁極位置の推定とは、トーションバー１２がロータ４と機構的に連結され、両者が連動して回転することから、トーションバー１２の回転角（第１回転角センサ１４の検出値及び第２回転角センサ１５の検出値の少なくとも一方）に基づいてロータ４の磁極位置を算出する処理である。なお、一般にトーションバー１２（ステアリングシャフト１０）が１回転する際にロータ４がその数倍〜十数倍回転すること等から、推定により求めた磁極位置は、ロータ位置センサ５の検出値（ロータ位置信号）から求めた磁極位置に比べてその精度は劣るが、非常時のモータ２の通電制御用として用いることが可能な程度の精度は有している。また、磁極位置の推定には、トーションバー１２の捻れ角度による誤差を含まない分だけ、第１回転角信号（第１回転角センサ１４の検出値）よりも第２回転角信号（第２回転角センサ１５の検出値）を使用した方が好ましい。

センサ回路故障検出部２３は、センサ回路の故障（ロータ位置センサ５の故障や断線など）により、ロータ位置信号が異常となったか否かを検出し、ロータ位置信号が異常であるときに異常検出信号を信号切換部２７に出力する。センサ回路故障検出部２３としては、例えば、電流値や抵抗値や位相差などによって正常か異常かを判定する判定回路が用いられる。なお、ロータ回路故障検出部２３を設ける場所は、ＥＣＵ２０に限定されるものではなく、ロータ位置センサ５や、ロータ位置センサ５とＥＣＵ２０との配線に設けてもよい。

信号切換部２７は、センサ回路故障検出部２３から異常検出信号を受信していない通常時には、図４に示すように、ロータ位置センサ５からのロータ位置信号を波形成型部２５に出力する。一方、センサ回路故障検出部２３から異常検出信号を受信した故障発生時には、図５に示すように、入力側を切り換えて、ロータ位置推定部２６からのロータ位置推定信号を波形成型部２５に出力する。

波形成型部２５には、上記アシストトルク信号が入力する。また、波形成型部２５には、通常時にはロータ位置センサ５からのロータ位置信号が、センサ回路の故障発生時にはロータ位置推定部からのロータ位置推定信号が、それぞれ信号切換部２７から入力する。また、波形成型部２５には、図中破線で示すように、ドライバ２２の出力電流がフィードバックして入力する。

通常時には、波形成型部２５は、アシストトルク演算部２４が算出したアシストトルクとロータ位置センサ５が検出した磁極位置（ロータ位置信号）とに基づいたモータ制御信号を生成し、生成したモータ制御信号をドライバ２２を介してモータ２に出力する。このモータ制御信号によって、ステータ３には、ロータ位置センサ５により検出された磁極位置に対応した波形であり、且つアシストトルク演算部２４が算出したアシストトルクを生起可能な強さの電流が供給されて、ロータ４が良好に回転する。

一方、センサ回路の故障発生時には、波形成型部２５は、アシストトルク演算部２４が算出したアシストトルクとロータ位置推定部２６が推定した磁極位置（ロータ位置推定信号）とに基づいたモータ制御信号を生成し、生成したモータ制御信号をドライバ２２を介してモータ２に出力する。このモータ制御信号によって、ステータ３には、ロータ位置推定部２６により推定された磁極位置に対応した波形であり、且つアシストトルク演算部２４が算出したアシストトルクを生起可能な強さの電流が供給されて、ロータ４が回転する。

次に、ＥＣＵ２０が実行する故障判定制御処理について、図６のフローチャートに基づき説明する。

本処理は、エンジンの始動により開始し、ステップ１においてセンサ回路が故障したか否か（異常検出信号を受信したか否か）を判定する。

センサ回路が故障していない通常時には、ステップＳ２へ進み、ロータ位置センサ５から出力されたロータ位置信号（ロータ位置センサ５が検出した磁極位置）を波形成型部２５へ出力する。これにより、波形成型部２５は、ロータ位置センサ５が検出した磁極位置に基づくモータ制御信号を生成して出力し、モータ２が良好に回転する。

反対に、センサ回路の故障発生時には、ステップＳ３へ進み、ロータ位置推定部２６から出力されたロータ位置推定信号（ロータ位置推定部２６がトルクセンサ１１の出力信号から推定した磁極位置）を波形成型部２５へ出力する。これにより、波形成型部２５は、ロータ位置推定部２６が推定した磁極位置に基づくモータ制御信号を生成して出力し、センサ回路の故障発生時であってもモータ２が回転する。

本実施形態によれば、ロータ位置センサ５に故障や断線等の不具合が生じた場合には、トルクセンサ１１の第１回転角センサ１４及び第２回転角センサ１５が検出した回転角の少なくとも一方に基づいてロータ位置推定部２６がロータ４の磁極位置を推定し、アシストトルク演算部２４が算出したアシストトルクとロータ位置推定部２６が推定したロータ４の磁極位置とに基づくモータ制御信号を波形成部２５が生成してモータ２に出力するので、モータ２が急に停止することなく継続してアシストトルクを発生させる。従って、ロータ位置センサ５からのロータ位置信号に異常が発生した場合であっても、ステアリング操作への影響を小さく抑えることができる。

また、ロータ４の磁極位置を、アシストトルクを算出するために設けられたトルクセンサ１１が出力する回転角度信号に基づいて推定している。すなわち、他の使用目的のために設けられたセンサからの検出値を利用して、ロータ４の磁極位置を推定することができる。

次に、本発明の他の実施形態を、図７〜図９に基づいて説明する。なお、本実施形態は、ロータ位置推定部２６がトルクセンサ１１の検出値に代えて舵角センサ１７の検出値に基づいてロータ４の位置を推定している点を除き、上記実施形態と共通するものであり、上記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

すなわち、ロータ位置推定部２６には、舵角センサ１７から舵角信号が入力する。ロータ位置推定部２６は、入力した舵角信号に基づいて、ロータ４の磁極位置を推定してロータ位置推定信号を出力する。ロータ４の磁極位置の推定とは、ステアリングシャフト１０がロータ４と機構的に連結され、両者が連動して回転することから、ステアリングシャフト１０の回転角（舵角センサ１７の検出値）に基づいてロータ４の磁極位置を算出する処理である。なお、一般にステアリングシャフト１０が１回転する際にロータ４がその数倍〜十数倍回転すること等から、推定により求めた磁極位置は、ロータ位置センサ５の検出値（ロータ位置信号）から求めた磁極位置に比べてその精度は劣るが、非常時のモータ２の通電制御用として用いることが可能な程度の精度は有している。

信号切換部２７は、上記実施形態と同様に、センサ回路故障検出部２３から異常検出信号を受信していない通常時には、図７に示すように、ロータ位置センサ５からのロータ位置信号を波形成型部２５に出力する。一方、センサ回路故障検出部２３から異常検出信号を受信した故障発生時には、図８に示すように、入力側を切り換えて、ロータ位置推定部２６からのロータ位置推定信号を波形成型部２５に出力する。

図９に示すように、ＥＣＵ２０が実行する故障判定制御処理は、エンジンの始動により開始し、ステップ４においてセンサ回路が故障したか否か（異常検出信号を受信したか否か）を判定する。

センサ回路が故障していな通常時には、ステップＳ５へ進み、ロータ位置センサ５から出力されたロータ位置信号（ロータ位置センサ５が検出した磁極位置）を波形成型部２５へ出力する。これにより、波形成型部２５は、ロータ位置センサ５が検出した磁極位置に基づくモータ制御信号を生成して出力し、モータ２が良好に回転する。

反対に、センサ回路の故障発生時には、ステップＳ５へ進み、ロータ位置推定部２６から出力されたロータ位置推定信号（ロータ位置推定部２６が推定した磁極位置）を波形成型部２５へ出力する。これにより、波形成型部２５は、ロータ位置推定部２６が舵角センサ１７から推定した磁極位置に基づくモータ制御信号を生成して出力し、センサ回路の故障発生時であってもモータ２が回転する。

本実施形態によれば、上記実施形態と同様に、ロータ位置センサ５に故障や断線等の不具合が生じた場合には、舵角センサ１７が検出したステアリングシャフト３の回転角に基づいてロータ位置推定部２６がロータ４の磁極位置を推定し、アシストトルク演算部２４が算出したアシストトルクとロータ位置推定部２６が推定したロータ４の磁極位置とに基づくモータ制御信号を波形形成部２５が生成してモータ２に出力するので、モータ２が急に停止することなく継続してアシストトルクを発生させる。従って、ロータ位置センサ５からのロータ位置信号に異常が発生した場合であっても、ステアリング操作への影響を小さく抑えることができる。

また、ロータ４の磁極位置を、例えば車両の姿勢制御のためなどに設けられた舵角センサ１７が出力する舵角信号に基づいて推定している。すなわち、他の使用目的のために設けられたセンサからの検出値を利用して、ロータ４の磁極位置を推定することができる。

本発明は、ブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図である。 トルクセンサの概要を示す模式図である。 電動パワーステアリング装置を備えたステアリング機構を示す外観斜視図である。 ＥＣＵのブロック構成図（通常時）である。 ＥＣＵのブロック構成図（故障発生時）である。 ＥＣＵが実行する故障判定制御処理を示すフローチャートである。 ＥＣＵのブロック構成図（通常時）である。 ＥＣＵのブロック構成図（故障発生時）である。 ＥＣＵが実行する故障判定制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１：電動パワーステアリング装置
２：交流ブラシレスモータ
３：ステータ
４：ロータ
５：ロータ位置センサ
６：ラックシャフト
７：ステアリングギヤハウジング
１０：ステアリングシャフト
１１：トルクセンサ
１２：トーションバー
１４：第１回転角センサ
１５：第２回転角センサ
１７：舵角センサ
２０：ＥＣＵ
２１：ＣＰＵ
２２：ドライバ（モータ制御手段）
２３：センサ回路故障検出部（異常検出手段）
２４：アシストトルク演算部（アシストトルク演算手段）
２５：波形成型部（モータ制御手段）
２６：ロータ位置推定部（ロータ位置推定手段）
２７：信号切換部（モータ制御手段）

Claims (2)

1. ステアリングシャフトにトーションバーを介して連結されて前記ステアリングシャフトと連動して移動するラックシャフトと、ステータと、該ステータの励磁によって前記ラックシャフトを駆動するロータと、該ロータの磁極位置に対応するロータ位置信号を出力するロータ位置センサとを有するブラシレスモータと、
   前記トーションバーと、該トーションバーの一端側の回転角を検出する第１回転角センサと、該トーションバーの他端側の回転角を検出する第２回転角センサとを有するトルクセンサと、
   前記第１回転角センサ及び前記第２回転角センサがそれぞれ検出した回転角に基づいて、前記ブラシレスモータに発生させるアシストトルクを演算するアシストトルク演算手段と、
   前記第１回転角センサ及び前記第２回転角センサが検出した回転角の少なくとも一方に基づいて、前記ロータの磁極位置を推定するロータ位置推定手段と、
   前記ロータ位置信号の異常を検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段が前記ロータ位置信号の異常を検出していないときは、前記アシストトルク演算手段が算出したアシストトルクと前記ロータ位置センサが出力したロータ位置信号とに基づいて前記ステータに通電する電流を制御するためのモータ制御信号を生成して、このモータ制御信号を前記ブラシレスモータに出力し、前記異常検出手段が前記ロータ位置信号の異常を検出したときは、前記アシストトルク演算手段が算出したアシストトルクと前記ロータ位置推定手段が推定した前記ロータの磁極位置とに基づいてモータ制御信号を生成して、このモータ制御信号を前記ブラシレスモータに出力するモータ制御手段と、を備えた
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. ステアリングシャフトにトーションバーを介して連結されて前記ステアリングシャフトと連動して移動するラックシャフトと、ステータと、該ステータの励磁によって前記ラックシャフトを駆動するロータと、該ロータの磁極位置に対応するロータ位置信号を出力するロータ位置センサとを有するブラシレスモータと、
   前記トーションバーと、該トーションバーの一端側の回転角を検出する第１回転角センサと、該トーションバーの他端側の回転角を検出する第２回転角センサとを有するトルクセンサと、
   前記第１回転角センサ及び前記第２回転角センサがそれぞれ検出した回転角に基づいて、前記ブラシレスモータに発生させるアシストトルクを演算するアシストトルク演算手段と、
   前記ステアリングシャフトの回転角を検出する舵角センサと、
   前記舵角センサが検出した前記ステアリングシャフトの回転角に基づいて、前記ロータの磁極位置を推定するロータ位置推定手段と、
   前記ロータ位置信号の異常を検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段が前記ロータ位置信号の異常を検出していないときは、前記アシストトルク演算手段が算出したアシストトルクと前記ロータ位置センサが出力したロータ位置信号とに基づいて前記ステータに通電する電流を制御するためのモータ制御信号を生成して、このモータ制御信号を前記ブラシレスモータに出力し、前記異常検出手段が前記ロータ位置信号の異常を検出したときは、前記アシストトルク演算手段が算出したアシストトルクと前記ロータ位置推定手段が推定した前記ロータの磁極位置とに基づいてモータ制御信号を生成して、このモータ制御信号を前記ブラシレスモータに出力するモータ制御手段と、を備えた
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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