JP2009067077A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成を複雑にすることなく、モータ駆動手段が故障しても継続してステアリングホイールの操舵を補助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】本発明の電動パワーステアリング装置１は、電動パワーステアリングユニット２と、制御装置３とから構成されている。電動パワーステアリングユニット２は、トルクセンサ２０と、モータ２１と、非常用制御装置２３と、接続切換え装置２４とを備えている。制御装置３が故障すると、接続切換え装置２４によって、制御装置３が切断され、非常用制御装置２３がモータ２１に接続される。非常用制御装置２３は、トルクセンサ２０の検出した操舵方向にのみに基づいてモータ２１を駆動する。そのため、マイクロコンピュータを備える必要なく、非常用制御装置２３を簡素化することができる。従って、構成を複雑にすることなく、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

従来、ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置として、例えば特開２００３−４０１２３号公報に開示されている電動パワーステアリング装置や、特開２００３−２００８４０号公報に開示されている電動ステアリング装置がある。

特開２００３−４０１２３号公報に開示されている電動パワーステアリング装置は、２系統のブリッジ回路を有するモータ駆動回路と、２系統のコイルを有するブラシレスＤＣモータとを備えている。そのため、いずれかの系統のブリッジ回路又はコイルが破損しても、残りの系統のブリッジ回路又はコイルによって、継続して操舵を補助することができる。

また、特開２００３−２００８４０号公報に開示されている電動ステアリング装置は、並列して作用する３つの電気モータと、並列して動作する３つの制御装置とを備えている。そのため、いずれかの電気モータ又は制御装置が故障しても、残りの電気モータ又は制御装置によって、継続して操舵を補助することができる。
特開２００３−４０１２３号公報 特開２００３−２００８４０号公報

しかし、前述した電動パワーステアリング装置や電動ステアリング装置では、本来は１組で充分なブリッジ回路やコイル、また、電気モータや制御装置を複数組設けなければならない。しかも、全く同一構成のものを複数組設けなければならない。そのため、構成が複雑になり、コストも上昇してしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、構成を複雑にすることなく、モータ駆動手段が故障しても、継続してステアリングホイールの操舵を補助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目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、２つのモータ駆動手段を備えるが、第１モータ駆動手段が故障したときに用いられる第２モータ駆動手段の駆動方式を簡素化することで、構成を複雑にすることなく、継続して操舵を補助できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するモータと、ステアリングホイールの操舵方向及び操舵トルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段の検出結果に基づいてモータを駆動する第１モータ駆動手段と、第１モータ駆動手段が故障したとき、第１モータ駆動手段に代って、トルク検出手段の検出結果に基づいてモータを駆動する第２モータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、第１モータ駆動手段は、トルク検出手段の検出した操舵方向及び操舵トルクに基づいてモータを駆動し、第２モータ駆動手段は、トルク検出手段の検出した操舵トルクに係わらず、検出した操舵方向に基づいてモータを駆動することを特徴とする。

この構成によれば、第１モータ駆動手段が故障したとき、第２モータ駆動手段によってモータを駆動することができる。そのため、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる。しかも、第１モータ駆動手段が、操舵方向と操舵トルクに基づいてモータを駆動するのに対し、第２モータ駆動手段は、操舵トルクに係わらず、操舵方向に基づいてモータを駆動する。そのため、第２モータ駆動手段の構成を簡素化することができる。従って、構成を複雑にすることなく、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる。

請求項２に記載の電動パワーステアリング装置は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、第１モータ駆動手段は、電源の電圧を変換してモータに供給する電圧変換手段と、電圧変換手段に電源を接続する電源接続手段と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電源接続手段を制御するとともに、トルク検出手段及び電流検出手段の検出結果に基づいて電圧変換手段を制御する制御手段とを有し、第２モータ駆動手段は、電圧変換手段、電源接続手段、電流検出手段及び制御手段が故障したとき、並びに電源の電圧が異常であるときの少なくともいずれかのとき、第１モータ駆動手段に代ってモータを駆動することを特徴とする。

この構成によれば、電圧変換手段、電源接続手段、電流検出手段及び制御手段が故障したとき、並びに電源の電圧が異常であるときの少なくともいずれかのとき、モータの接続を切換えることができる。これらの故障等は、電動パワーステアリング装置の動作にとって致命的なものであり、本来、動作を停止させなければならない。しかし、モータの接続を切換えることで、致命的な故障等が発生した状態においても、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる。

請求項３に記載の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するモータと、ステアリングホイールの操舵方向及び操舵トルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段の検出結果に基づいてモータを駆動する第１モータ駆動手段と、第１モータ駆動手段が故障したとき、第１モータ駆動手段に代って、トルク検出手段の検出結果に基づいてモータを駆動する第２モータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、第１モータ駆動手段は、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、トルク検出手段の検出した操舵方向及び操舵トルクに基づいて電流指令を求め、電流指令と電流検出手段の検出した検出結果に基づいてモータに流れる電流を制御する制御手段とを有し、第２モータ駆動手段は、電流検出手段の検出結果が電流閾値より大きいとき、電流指令と電流検出手段の検出結果との偏差が電流偏差閾値より大きいとき、及び制御手段が故障したときの少なくともいずれかのとき、第１モータ駆動手段に代って、トルク検出手段の検出した操舵トルクに係わらず、検出した操舵方向に基づいてモータを駆動することを特徴とする。

この構成によれば、電流検出手段の検出結果が電流閾値より大きいとき、電流検出手段の検出結果と電流指令との偏差が電流偏差閾値より大きいとき、及び制御手段が故障したときの少なくともいずれかのとき、モータの接続を切換えることができる。これらの状況は、いずれかの故障によって発生するものである。この場合、モータに大電流が流れるおそれがあり、電動パワーステアリング装置の動作にとって致命的なものである。そのため、本来、動作を停止させなければならない。しかし、モータの接続を切換えることで、致命的な故障等が発生した状態においても、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる。

請求項４に記載の電動パワーステアリング装置は、請求項１〜３に記載の電動パワーステアリング装置において、第２モータ駆動手段は、トルク検出手段の検出した操舵方向にトルクを発生するようにモータを駆動することを特徴とする。この構成によれば、操舵方向にトルクを発生することができる。従って、第１モータ駆動手段が故障した場合においても、操舵感は低下することとなるが、ステアリングホイールの操舵を確実に補助することができる。

請求項５に記載の電動パワーステアリング装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置において、モータは、直流電圧を供給されることでトルクを発生するとともに、直流電圧の極性を切換えることで発生するトルクの方向が切換わる直流モータであり、第２モータ駆動手段は、トルク検出手段の検出した操舵方向にトルクを発生するようにモータに供給する直流電圧の極性を切換えることを特徴とする。この構成によれば、モータは直流モータである。そのため、第２モータ駆動手段は、モータに供給する直流電圧の極性を切換えることで、操舵方向にトルクの発生方向を換えることができる。従って、第２モータ駆動手段の構成をより簡素化することができる。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図１０を参照して、電動パワーステアリング装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。図２は、電動パワーステアリング装置のブロック図である。図３は、電動パワーステアリングユニットの断面図である。図４は、トルクセンサの構成図である。図５は、トルクセンサの空隙の磁束変化を説明するための説明図である。図６は、トルクセンサの空隙の磁束を示すグラフである。図７は、トルクセンサを構成する磁気センサの出力電圧を示すグラフである。図８は、非常用制御装置の回路図である。図９は、接続切換え装置の回路図である。図１０は、制御装置のブロック図である。なお、図１及び図３〜図５中における上下方向は、方向を区別するために便宜的に導入したものである。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、電動パワーステアリングユニット２と、制御装置３（第１モータ駆動手段）とから構成されている。ステアリングホイール４は、ステアリングシャフト５の一端部、具体的には、アッパステアリングシャフト５０の上方端部に固定されている。ステアリングシャフト５の他端部、具体的には、ロアステアリングシャフト５１の下方端部には、ピニオンギア（図略）が形成されている。ピニオンギアは、ステアリングギアボックス６内に収容されるラック７と噛合している。ラック７の両端部には、タイロッド８及びナックルアーム９を介して、タイヤ１０の装着された車輪１１が回転可能に固定されている。

電動パワーステアリングユニット２は、ステアリングホイール４の操舵を補助するためのトルクを発生する装置である。電動パワーステアリングユニット２は、アッパステアリングシャフト５０とロアステアリングシャフト５１との間に設置されている。また、直流電圧を供給するバッテリ１２に接続されている。

制御装置３は、電動パワーステアリングユニット２を制御する装置である。具体的には、後述するトルクセンサ２０の検出した操舵方向及び操舵トルクに基づいて、後述するモータ２１を駆動する装置である。制御装置３は、バッテリ１２に接続されている。また、電動パワーステアリングユニット２に接続されている。

図２に示すように、電動パワーステアリングユニット２は、トルクセンサ２０（トルク検出手段）と、モータ２１と、減速装置２２と、非常用制御装置２３（第２モータ駆動手段）と、接続切換え装置２４とから構成されている。図３に示すように、トルクセンサ２０及び減速装置２２は、ハウジング２５内に収容されている。非常用制御装置２３及び接続切換え装置２４も、ハウジング２５内に収容されている（図略）。また、モータ２１は、ハウジング２５に固定されている。

図３及び図４に示すように、トルクセンサ２０は、ステアリングホイール４の操舵方向及び操舵トルクを検出する装置である。トルクセンサ２０は、トーションバー２００と、磁石２０１と、磁気ヨーク２０２、２０３と、磁気センサ２０４とから構成されている。

トーションバー２００は、ステアリングシャフト５の中間部を構成し、ステアリングホイール４の操舵に伴ってねじれを発生する弾性体からなる円柱状の部材である。トーションバー２００の上方端部は、アッパステアリングシャフト５０に固定されている。トーションバー２００の下方端部は、後述する支持部材２２２を介して、ロアステアリングシャフト５１に固定されている。

磁石２０１は、磁界を形成し、磁束を発生する円筒状の部材である。磁石２０１の外周面には、Ｎ極及びＳ極が、周方向に等間隔で交互に着磁されている。これにより、磁石２０１の外周側に磁界が形成されることとなる。磁石２０１は、トーションバー２００の上方端部側に同軸に固定されている。

磁気ヨーク２０２、２０３は、磁石２０１によって形成された磁界内に配置され、磁路を構成する磁性材からなる略円筒状の部材である。磁気ヨーク２０２、２０３は、環状部２０２ａ、２０３ａと、爪部２０２ｂ、２０３ｂとから構成されている。環状部２０２ａ、２０３ａは、円環状の部位である。爪部２０２ｂは、環状部２０２ａの内周縁部から軸方向上方に延在する二等辺三角形状の部位である。爪部２０３ｂは、環状部２０３ａの内周縁部から軸方向下方に延在する二等辺三角形状の部位である。爪部２０２ｂ、２０３ｂの幅は、磁石２０１の磁極の幅と等しくなるように設定されている。爪部２０２ｂ、２０３ｂは、周方向に等間隔に配置されている。爪部２０２ｂ、２０３ｂの数は、磁石２０１のＮ極又はＳ極の数と等しくなるように設定されている。磁気ヨーク２０２、２０３は、環状部２０２ａ、２０３ａを軸方向に所定間隔を隔て配置し、爪部２０２ｂ、２０３ｂを周方向に交互に配置するとともに、磁石２０１の外周面と所定間隔を隔てて対向させた状態で、支持部材２２２の上方端面に固定されている。トーションバー２００がねじれていないとき、Ｎ極に対向する爪部２０２ａ、２０３ａの面積と、Ｓ極に対向する爪部２０２ａ、２０３ａの面積とが等しくなるように、磁気ヨーク２０２、２０３の固定位置が調整されている。これにより、磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１によって形成された磁界内に配置されることとなる。

磁気センサ２０４は、磁気ヨーク２０２、２０３の間に形成される空隙２０５の磁束を検出する素子である。具体的には、ホールＩＣである。磁気センサ２０４は、加わる磁束密度に応じた電圧を出力する。磁気センサ２０４は、環状部２０２ａ、２０３ａ間に、軸方向に形成される空隙２０５内に配置されている。

図３において、トーションバー２００がねじれていないとき、図５（ａ）に示すように、爪部２０２ｂ、２０３ｂのＮ極に対向する面積と、Ｓ極に対向する面積とは等しい。そのため、環状部２０２ａ、２０３ａとの間に形成される空隙２０５には、磁束は発生しない。

しかし、トーションバー２００がねじれ、トーションバー２００の上方端部側から見て、磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対して時計回りに回転すると、図５（ｂ）に示すように、爪部２０２ｂのＳ極に対向する面積が増加し、環状部２０２ａがＳ極となる。また、爪部２０３ｂのＮ極に対向する面積が増加し、環状部２０３ａがＮ極になる。そのため、空隙２０５に矢印で示す下方に向かう磁束が発生する。

これに対し、トーションバー２００がねじれ、磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対して反時計回りに回転すると、図５（ｃ）に示すように、爪部２０２ｂのＮ極に対向する面積が増加し、環状部２０２ａはＮ極になる。また、爪部２０３ｂのＳ極に対向する面積が増加し、環状部２０３ａはＳ極になる。そのため、空隙２０５に図５（ｂ）とは逆方向の上方に向かう磁束が発生する。

その結果、空隙２０５の磁束は、磁気ヨーク２０２、２０３のねじれ方向に対して、図６に示すように変化することとなる。磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対してねじれていないとき、空隙２０５の磁束は０となる。これに対し、磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対して時計回りにねじれると、空隙２０５の磁束は正となる。そして、ねじれが大きくなるに従って、磁束の大きさも大きくなる。また、反時計回りにねじれると、空隙２０５の磁束は負となる。そして、ねじれが大きくなるに従って、磁束の大きさも大きくなる。

そのため、磁気センサ２０４の出力電圧は、空隙２０５の磁束、つまりは磁気ヨーク２０２、２０３のねじれ方向に対して、図７に示すように変化することとなる。磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対してねじれていないとき、磁気センサ２０４は電圧Ｖ０を出力する。磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対して時計回りにねじれると、磁気センサ２０４の出力電圧はＶ０より大きくなる。そして、ねじれが大きくなるに従って、出力電圧もさらに大きくなる。これに対し、反時計回りにねじれると、磁気センサ２０４の出力電圧はＶ０より小さくなる。そして、ねじれが大きくなるに従って、出力電圧もさらに小さくなる。これにより、ステアリングホイール４の操舵方向及び操舵トルクを検出することができる。

図２において、モータ２１は、直流電圧を供給されることでステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する装置である。具体的には、直流モータである。モータ２１は、供給する直流電圧の極性を切換えることで逆方向のトルクを発生する。

減速装置２２は、モータ２１の発生したトルクを、回転を減速してトーションバー２００に伝達する装置である。図３に示すように、減速装置２２は、ウォームホイール２２０と、ウォーム２２１とから構成されている。

ウォームホイール２２０は、トーションバー２００の下方端部を覆うように配置され、下方端面に固定される有底円筒状の支持部材２２２に同軸に固定されている。また、軸受２２３を介してハウジング２５に回転可能に支持されている。これにより、トーションバー２００もハウジング２５に対して回転可能に支持されることとなる。支持部材２２２の下方端部は、ロアステアリングシャフト５１に固定されている。

ウォーム２２１は、モータ２１のシャフト２１０に同軸に固定されている。ウォーム２２１は、ウォームホイール２２０に噛合している。

図２において、非常用制御装置２３（第２モータ駆動手段）は、制御装置３が故障したとき、制御装置３に代ってモータ２１を制御する装置である。具体的には、制御装置３が故障したとき、制御装置３に代って、トルクセンサ２０の検出した操舵トルクに係わらず、検出した操舵方向のみに基づいてモータ２１を駆動する装置である。より具体的には、検出した操舵方向にトルクを発生するように、モータ２１に供給する直流電圧の極性を切換える装置である。図８に示すように、非常用制御装置２３は、コンパレータ２３０、２３１と、ＮＯＴ回路２３２と、トランジスタ２３３、２３４と、リレー２３５とから構成されている。

コンパレータ２３０は、磁気センサ２０４の出力電圧を基準電源２３６の電圧Ｖｈと比較し、比較結果に応じた信号を出力する素子である。磁気センサ２０４の出力電圧が基準電源２３６の電圧Ｖｈを超えると、コンパレータ２３０はハイレベルの信号を出力する。ここで、基準電源２３６の電圧Ｖｈは、図７に示すように、Ｖ０より大きな値に設定されている。コンパレータ２３０の反転入力端子は基準電源２３６に、非反転入力端子は磁気センサ２０４の出力端子に、出力端子はトランジスタ２３３にそれぞれ接続されている。

コンパレータ２３１は、磁気センサ２０４の出力電圧を基準電源２３７の電圧Ｖｌと比較し、比較結果に応じた信号を出力する素子である。磁気センサ２０４の出力電圧が基準電源２３６の電圧Ｖｌを超えると、コンパレータ２３１はハイレベルの信号を出力する。ここで、基準電源２３７の電圧Ｖｌは、図７に示すように、Ｖ０より小さな値に設定されている。コンパレータ２３１の反転入力端子は基準電源２３７に、非反転入力端子は磁気センサ２０４の出力端子に、出力端子はＮＯＴ回路２３２にそれぞれ接続されている。

ＮＯＴ回路２３２は、コンパレータ２３１の出力を反転する素子である。コンパレータ２３１の出力がハイレベルのときにはローレベルを、コンパレータ２３１の出力がローレベルのときにはハイレベルを出力する。ＮＯＴ回路２３２の入力端子はコンパレータ２３１の出力端子に、出力端子はトランジスタ２３４にそれぞれ接続されている。

トランジスタ２３３は、コンパレータ２３０の出力に基づいてリレー２３５に電流を供給するための素子である。トランジスタ２３３は、コンパレータ２３０の出力がハイレベルのときオン状態となり、リレー２３５に電流を供給する。トランジスタ２３３のベースはコンパレータ２３０の出力端子に、コレクタはリレー２３５にそれぞれ接続され、エミッタは接地されている。

トランジスタ２３４は、ＮＯＴ回路２３２の出力に基づいてリレー２３５に電流を供給するための素子である。トランジスタ２３３は、ＮＯＴ回路２３２の出力がハイレベル、つまり、コンパレータ２３１の出力がローレベルのときオン状態となり、リレー２３５に電流を供給する。トランジスタ２３４のベースはＮＯＴ回路２３２の出力端子に、コレクタはリレー２３５にそれぞれ接続され、エミッタは接地されている。

リレー２３５は、モータ２１に供給する直流電圧の極性を切換える素子である。リレー２３５は、接点２３５ａ、２３５ｂと、端子２３５ｃ〜２３５ｇと、コイル２３５ｈ、２３５ｉとから構成されている。接点２３５ａ、２３５ｂの一端は、端子２３５ｃ、２３５ｄにそれぞれ接続されている。端子２３５ｃはバッテリ１２の正極端子に、端子２３５ｄはバッテリ１２の負極端子にそれぞれ接続されている。端子２３５ｅ、２３５ｆは、接続切換え装置２４にそれぞれ接続されている。また、端子２３５ｇは、端子２３５ｅに接続されている。コイル２３５ｈの一端は電源に、他端はトランジスタ２３３のコレクタにそれぞれ接続されている。コイル２３５ｉの一端は電源に、他端はトランジスタ２３４のコレクタにそれぞれ接続されている。コイル２３５ｈ、２３５ｉに電流が流れていないとき、接点２３５ａ、２３５ｂの他端はどの端子にも接触しない。これに対し、コイル２３５ｈに電流が流れると、接点２３５ａ、２３５ｂの他端は、端子２３５ｅ、２３５ｆにそれぞれ接触する。また、コイル２３５ｉに電流が流れると、接点２３５ａ、２３５ｂの他端は、端子２３５ｆ、２３５ｇにそれぞれ接触する。

図９に示すように、接続切換え装置２４は、制御装置３が故障したとき、モータ２１を制御装置３から切断して非常用制御装置２３に接続する装置である。接続切換え装置２４は、トランジスタ２４０と、リレー２４１とから構成されている。

トランジスタ２４０は、制御装置３の信号に基づいてリレー２４１に電流を供給するための素子である。トランジスタ２４０は、制御装置３からの信号がハイレベルのときオン状態となり、リレー２４１に電流を供給する。トランジスタ２４０のベースは制御装置３の信号出力端子に、コレクタはリレー２４１にそれぞれ接続され、エミッタは接地されている。

リレー２４１は、モータ２１を制御装置３から切断して非常用制御装置２３に接続する素子である。リレー２４１は、接点２４１ａ、２４１ｂと、端子２４１ｃ〜２４１ｈと、コイル２４１ｉとから構成されている。接点２４１ａ、２４１ｂの一端は、端子２４１ｃ、２４１ｄにそれぞれ接続されている。端子２４１ｃはモータ２１の一方の電源端子に、端子２４１ｄはモータ２１の他方の電源端子にそれぞれ接続されている。端子２４１ｅ、２４１ｇは、非常用制御装置２３に、具体的には、図８における端子２３５ｅ、２３５ｆにそれぞれ接続されている。また、端子２４１ｆ、２４１ｈは、制御装置３にそれぞれ接続されている。さらに、コイル２４１ｉの一端は電源に、他端はトランジスタ２４０のコレクタにそれぞれ接続されている。コイル２４１ｉに電流が流れていないとき、接点２４１ａ、２４１ｂの他端は、端子２４１ｆ、２４１ｈにそれぞれ接触している。これにより、制御装置３がモータ２１に接続されることとなる。これに対し、コイル２４１ｉに電流が流れると、接点２４１ａ、２４１ｂの他端は、端子２４１ｅ、２４１ｇにそれぞれ接触する。これにより、制御装置３が切断され、非常用制御装置２３がモータ２１に接続されることとなる。

図１０に示すように、制御装置３は、電圧変換部３０（電力変換手段）と、バッテリ接続部３１（電源接続手段）と、電流検出部３２（電流検出手段）と、マイクロコンピュータ３３（制御手段）と、故障検出部３４と、ＯＲ回路３５とから構成されている。

電圧変換部３０は、マイクロコンピュータ３３によって制御され、バッテリ１２の直流電圧を所定の直流電圧に変換し、モータ２１に供給する回路ブロックである。具体的には、スイッチング素子をＨブリッジ接続して構成されている。

バッテリ接続部３１は、電圧変換部３０にバッテリ１２を接続する回路ブロックである。具体的には、リレーである。バッテリ接続部３１の一端はバッテリ１２の正極端子に、他端は電圧変換部３０の電源入力端子にそれぞれ接続されている。また、信号入力端子は、マイクロコンピュータ３３に接続されている。

電流検出部３２は、モータ２１に流れる電流を検出する回路ブロックである。電流検出部３２の信号出力端子は、マイクロコンピュータ３３に接続されている。

マイクロコンピュータ３３は、トルクセンサ２０及び電流検出部３２の検出結果、並びに、別途得られる車速情報に基づいて電圧変換部３０を制御する素子である。また、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１及び電流検出部３２の故障を検出し、対応する信号を出力するとともに、検出結果に基づいてバッテリ接続部３１を制御する素子でもある。マイクロコンピュータ３３は、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１及び電流検出部３２の故障の少なくともいずれかを検出すると、ハイレベルの信号を出力する。また、マイクロコンピュータ３３は、自身の故障を検出させるため、所定周期の信号を出力している。マイクロコンピュータ３３の信号入力端子は、トルクセンサ２０及び電流検出部３２に接続されている。また、信号出力端子は、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１、故障検出部３４及びＯＲ回路３５にそれぞれ接続されている。

故障検出部３４は、バッテリ配線の断線等によるバッテリ１２の電圧の異常を検出する回路ブロックである。また、マイクロコンピュータ３３の故障を検出する回路ブロックでもある。故障検出部３４は、マイクロコンピュータ３３から出力される所定周期の信号に基づいてマイクロコンピュータ３３の故障を検出し、対応する信号を出力する。故障検出部３４は、バッテリ１２の電圧の異常、及び、マイクロコンピュータ３３の故障の少なくともいずれかを検出すると、ハイレベルの信号を出力する。故障検出部３４は、バッテリ１２に接続されている。また、故障検出部３４の信号入力端子は、マイクロコンピュータ３３の信号出力端子に接続されている。さらに、信号出力端子は、ＯＲ回路３５に接続されている。

ＯＲ回路３５は、マイクロコンピュータ３３及び故障検出部３４の少なくともいずれかが故障を検出したとき、対応する信号を出力する回路である。ＯＲ回路３５は、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１、電流検出部３２及びマイクロコンピュータ３３が故障、並びにバッテリ１２の電圧の異常の少なくともいずれかを検出すると、ハイレベルの信号を出力する。ＯＲ回路３５の信号入力端子は、マイクロコンピュータ３３及び故障検出部３４の信号出力端子にそれぞれ接続されている。また、信号出力端子は、接続切換え装置２４、具体的には、図９におけるトランジスタ２４０のベースに接続されている。

次に、図２及び図７〜図１１を参照して電動パワーステアリング装置の動作について説明する。ここで、図１１は、マイクロコンピュータの動作に関するフローチャートである。図２において、電圧が供給されると、電動パワーステアリングユニット２及び制御装置３は、作動を開始する。図１０におけるマイクロコンピュータ３３は、図１１に示すように、制御装置３が故障しているか否かを判定する（Ｓ１００）。

ステップＳ１００において、制御装置３３が故障していないと判定したときには、マイクロコンピュータ３３は、通常制御を行う（Ｓ１０１）。具体的には、図１０において、マイクロコンピュータ３３は、トルクセンサ２０の検出した操舵方向及び操舵トルク、並びに車速情報に基づいて電流指令を算出する。さらに、電流検出部３２の検出結果に基づいて電圧変換部３０を制御する。制御装置３が故障していないとき、図９に示すように、接続切換え装置２４は、モータ２１を制御装置３に接続している。図１０において、電圧変換部３０は、バッテリ接続部３１を介して供給されるバッテリ１２の直流電圧を所定の直流電圧に変換し、接続切換え装置２４を介してモータ２１に供給する。直流電圧が供給されることで、モータ２１は、ステアリングホイール４の操舵を補助するためのトルクを発生する。これにより、ステアリングホイール４の操舵が適切に補助され、操舵時の負荷が軽減される。

これに対し、ステップＳ１００において、制御装置３が故障していると判定したとき、マイクロコンピュータ３３は、どこが故障したかを判定する。まず、電圧変換部３０が故障したか否かを判定する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２において、電圧変換部３０が故障していないと判定したとき、バッテリ接続部３１が故障している否かを判定する（Ｓ１０３）。以下、同様にして、電流検出部３２が故障しているか否かを判定する（Ｓ１０４）。

そして、ステップＳ１００で判定した故障が、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４で判定した以外の故障であるとき、マイクロコンピュータ３３は、トルクの発生に致命的な影響を与えるものでないと判断し、通常のフェールセーフ処置を行う（Ｓ１０５）。具体的には、故障前に比べモータ２１の発生するトルクを抑えるように、電圧変換部３０を介してモータ２１を制御する。

これに対し、ステップＳ１００で判定した故障が、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４で判定した故障のいずれかであるとき、マイクロコンピュータ３３は、トルクの発生に致命的な影響を与えるものであると判断し、制御を停止する（Ｓ１０６）。つまり、ステアリングホイール４の操舵を補助するためのトルクの発生を停止する。

そして、マイクロコンピュータ３３は、リレー３１を開放する（Ｓ１０７）。リレー３１を開放することで、バッテリ１２と電圧変換部３０との接続が切断される。これにより、電圧変換部３０からモータ２１への直流電圧の供給が遮断されることとなる。

その後、マイクロコンピュータ３３は、故障の状態を示すエラーコードを記憶する（Ｓ１０８）。そして、ハイレベルの信号をＯＲ回路３５に出力する（Ｓ１０９）。

また、図１０において、バッテリ１２の電圧の異常、及び、マイクロコンピュータ３３の故障の少なくともいずれかを検出すると、故障検出部３４は、ハイレベルの信号を出力する。ＯＲ回路３５は、マイクロコンピュータ３３及び故障検出部３４の少なくともいずれかが故障を検出したとき、ハイレベルの信号を出力する。つまり、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１、電流検出部３２及びマイクロコンピュータ３３が故障、並びにバッテリ１２の電圧の異常の少なくともいずれかを検出したとき、ハイレベルの信号を出力する。ＯＲ回路３５の出力がハイレベルになると、図９において、接続切換え装置２４のトランジスタ２４０がオン状態となり、コイル２４１ｉに電流が流れる。コイル２４１ｉに電流が流れると、接点２４１ａ、２４１ｂは、端子２４１ｅ、２４１ｇにそれぞれ接触する。これにより、制御装置３が切断され、非常用制御装置２３がモータ２１に接続される。

非常用制御装置２３は、トルクセンサ２０の検出した操舵トルクに係わらず、検出した操舵方向のみに基づいてモータ２１を駆動する。図２において、ステアリングホイール４が操舵されてないとき、図７に示すように、磁気センサ２０４の出力電圧はＶ０となる。図８において、コンパレータ２３０はトランジスタ２３３を、コンパレータ２３１及びＮＯＴ回路２３２はトランジスタ２３４をそれぞれオフ状態にする。トランジスタ２３３、２３４が共にオフ状態であるため、コイル２３５ｈ、２３５ｉに電流は流れず、接点２３５ａ、２３５ｂは開放状態となる。従って、モータ２１に直流電圧は供給されず、操舵を補助することはない。

一方、図２において、ステアリングホイール４が時計回りに操舵されると、図７に示すように、磁気センサ２０４の出力電圧がＶ０より小さくなる。出力電圧がＶｌより小さくなると、図８において、コンパレータ２３１及びＮＯＴ回路２３２がトランジスタ２３４をオンする。トランジスタ２３４がオン状態になると、コイル２３５ｉに電流が流れ、接点２３５ａ、２３５ｂの他端が端子２３５ｆ、２３５ｇにそれぞれ接触する。これにより、バッテリ１２の直流電圧がリレー２３５を介してモータ２１に供給される。直流電圧が供給されることで、モータ２１は、ステアリングホイール４の操舵方向にトルクを発生する。具体的には、ステアリングシャフト５を時計回りに回転させるトルクを発生する。

他方、図２において、ステアリングホイール４が反時計回りに操舵されると、図７に示すように、磁気センサ４３３の出力電圧がＶ０より大きくなる。出力電圧がＶｈを超えると、図８において、コンパレータ２３０がトランジスタ２３３をオンする。トランジスタ２３３がオン状態になると、コイル２３５ｈに電流が流れ、接点２３５ａ、２３５ｂの他端が端子２３５ｅ、２３５ｆにそれぞれ接触する。これにより、時計回りに操舵した場合とは逆極性の直流電圧が、リレー２３５を介してモータ２１に供給される。直流電圧が供給されることで、モータ２１は、ステアリングホイール４の操舵方向にトルクを発生する。具体的には、ステアリングシャフト５を反時計回りに回転させるトルクを発生する。

従って、制御装置３が故障しても、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。

最後に、効果について説明する。第１実施形態によれば、制御装置３が故障したとき、非常用制御装置２３によってモータ２１を駆動することができる。そのため、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。しかも、制御装３が、操舵方向と操舵トルクに基づいてモータ２１を駆動するのに対し、非常用制御装置２３は、操舵トルクに係わらず、操舵方向のみに基づいてモータ２１を駆動する。そのため、制御装置３のように、マイクロコンピュータ３３を備える必要がなく、非常用制御装置２３の構成を簡素化することができる。従って、構成を複雑にすることなく、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。

また、第１実施形態によれば、非常用制御装置２３は、操舵方向にトルクを発生するようにモータ２１を駆動することができる。そのため、制御装置３が故障した場合においても、ステアリングホイール４の操舵を確実に補助することができる。

さらに、第１実施形態によれば、マイクロコンピュータ３３、故障検出部３４及びＯＲ回路３５によって、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１、電流検出部３２及びマイクロコンピュータ３３が故障、並びにバッテリ１２の電圧の異常を検出することができる。しかも、これらの故障等が検出されたとき、接続切換え装置２４によって、モータ２１を制御装置３から切断して非常用制御装置２３に接続することができる。ところで、これらの故障等は、電動パワーステアリング装置１の動作にとって致命的なものであり、本来、動作を停止させなければならない。しかし、モータ２１の接続を切換えることで、致命的な故障等が発生した状態においても、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。第２実施形態の電動パワーステアリング装置は、第１実施形態の電動パワーステアリング装置に対して、構成は同一で、非常用制御装置に切換える条件のみを変更したものである。具体的には、第１実施形態の電動パワーステアリング装置が、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１、電流検出部３２及びマイクロコンピュータ３３が故障、並びにバッテリ１２の電圧の異常の少なくともいずれかを検出したとき、非常用制御装置２３に切換えるのに対して、電流検出部３２の検出結果が電流閾値より大きいとき、電流指令と電流検出部３２の検出結果との偏差が電流偏差閾値より大きいとき、及びマイクロコンピュータ３３が故障したときの少なくともいずれかのとき、非常用制御装置２３に切換えるようにしたものである。

まず、図１２を参照してマイクロコンピュータの動作について説明する。ここで、図１２は、第２実施形態におけるマイクロコンピュータの動作に関するフローチャートである。ここでは、第１実施形態の電動パワーステアリング装置との相違部分である非常用制御装置に切換える条件、特に、マイクロコンピュータで判定される条件についてのみ説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前述した実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

図１０におけるマイクロコンピュータ３３は、図１２に示すように、制御装置３が故障しているか否かを判定する（Ｓ２００）。

ステップＳ２００において、制御装置３３が故障していないと判定したときには、マイクロコンピュータ３３は、前述したように通常制御を行う（Ｓ２０１）。

これに対し、ステップＳ２００において、制御装置３が故障していると判定したとき、マイクロコンピュータ３３は、どのような状況かを判定する。まず、電流検出部３２の検出した電流が予め設定されている電流閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ２０２）。ステップＳ２０２において、検出した電流が電流閾値以下のとき、電流指令と検出した電流の偏差、つまり電流偏差が、予め設定されている電流偏差閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ２０３）。

そして、ステップＳ２０２、Ｓ２０３のような状況に該当しないとき、マイクロコンピュータ３３は、トルクの発生に致命的な影響を与えるものでないと判断し、前述したように通常のフェールセーフ処置を行う（Ｓ２０４）。

これに対し、ステップＳ２０２、Ｓ２０３のような状況に該当したとき、マイクロコンピュータ３３は、トルクの発生に致命的な影響を与えるものであると判断し、制御を停止する（Ｓ２０５）。

そして、マイクロコンピュータ３３は、リレー３１を開放する（Ｓ２０６）。その後、マイクロコンピュータ３３は、故障の状況を示すエラーコードを記憶する（Ｓ２０７）。そして、ハイレベルの信号をＯＲ回路３５に出力する（Ｓ２０８）。

その他の動作は、第１実施形態の場合と同一である。これにより、電流検出部３２の検出結果が電流閾値より大きいとき、電流指令と電流検出部３２の検出結果との偏差、つまり電流偏差が電流偏差閾値より大きいとき、及びマイクロコンピュータ３３が故障したときの少なくともいずれかのとき、非常用制御装置２３に切換えられる。

次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、電流検出部３２の検出結果が電流閾値より大きいとき、電流指令と電流検出部３２の検出結果との偏差が電流偏差閾値より大きいとき、及びマイクロコンピュータ３３が故障したときの少なくともいずれかのとき、非常用制御装置２３に切換えることができる。これらの状況は、いずれかの故障によって発生するものである。この場合、モータ２１に大電流が流れるおそれがあり、電動パワーステアリング装置１の動作にとって致命的なものである。そのため、本来、動作を停止させなければならない。しかし、モータ２１の接続を切換えることで、致命的な故障等が発生した状態においても、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。

なお、本実実施形態では、磁石２０１と、磁気センサ２０４とを備え、磁気的に操舵方向及び操舵トルクを検出するトルクセンサ２０の例を挙げているが、これに限られるものではない。操舵方向と操舵トルクを検出できるものであれば、どのような方式でも用いることができる。

第１実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。 電動パワーステアリング装置のブロック図である。 電動パワーステアリングユニットの断面図である。 トルクセンサの構成図である。 トルクセンサの空隙の磁束変化を説明するための説明図である。 トルクセンサの空隙の磁束を示すグラフである。 トルクセンサを構成する磁気センサの出力電圧を示すグラフである。 非常用制御装置の回路図である。 接続切換え装置の回路図である。 制御装置のブロック図である。 マイクロコンピュータの動作に関するフローチャートである。 第２実施形態におけるマイクロコンピュータの動作に関する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・・・電動パワーステアリングユニット、２０・・・トルクセンサ（トルク検出手段）、２００・・・トーションバー、２０１・・・磁石、２０２、２０３・・・磁気ヨーク、２０２ａ、２０３ａ・・・環状部、２０２ｂ、２０３ｂ・・・爪部、２０４・・・磁気センサ、２０５・・・空隙、２１・・・モータ、２１０・・・シャフト、２２・・・減速装置、２２０・・・ウォームホイール、２２１・・・ウォーム、２２２・・・支持部材、２２３・・・軸受、２３・・・非常用制御装置（第２モータ駆動手段）、２３０、２３１・・・コンパレータ、２３２・・・ＮＯＴ回路、２３３、２３４・・・トランジスタ、２３５・・・リレー、２３５ａ、２３５ｂ・・・接点、２３５ｃ〜２３５ｇ・・・端子、２３５ｈ、２３５ｉ・・・コイル、２３６、２３７・・・基準電源、２４・・・接続切換え装置、２４０・・・トランジスタ、２４１・・・リレー、２４１ａ、２４１ｂ・・・接点、２４１ｃ〜２４１ｈ・・・端子、２４１ｉ・・・コイル、２５・・・ハウジング、３・・・制御装置（第１モータ駆動手段）、３０・・・電圧変換部（電圧変換手段）、３１・・・バッテリ接続部（電源接続手段）、３２・・・電流検出部（電流検出手段）、３３・・・マイクロコンピュータ（制御手段）、３４・・・故障検出部、３５・・・ＯＲ回路、４・・・ステアリングホイール、５・・・ステアリングシャフト、５０・・・アッパステアリングシャフト、５１・・・ロアステアリングシャフト、６・・・ステアリングギアボックス、７・・・ラック、８・・・タイロッド、９・・・ナックルアーム、１０・・・タイヤ、１１・・・車輪、１２・・・バッテリ

Claims (5)

1. ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するモータと、前記ステアリングホイールの操舵方向及び操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段の検出結果に基づいて前記モータを駆動する第１モータ駆動手段と、前記第１モータ駆動手段が故障したとき、前記第１モータ駆動手段に代って、前記トルク検出手段の検出結果に基づいて前記モータを駆動する第２モータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記第１モータ駆動手段は、前記トルク検出手段の検出した操舵方向及び操舵トルクに基づいて前記モータを駆動し、前記第２モータ駆動手段は、前記トルク検出手段の検出した操舵トルクに係わらず、検出した操舵方向に基づいて前記モータを駆動することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 第１モータ駆動手段は、電源の電圧を変換して前記モータに供給する電圧変換手段と、前記電圧変換手段に電源を接続する電源接続手段と、前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電源接続手段を制御するとともに、前記トルク検出手段及び前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記電圧変換手段を制御する制御手段とを有し、前記第２モータ駆動手段は、前記電圧変換手段、前記電源接続手段、前記電流検出手段及び前記制御手段が故障したとき、並びに前記電源の電圧が異常であるときの少なくともいずれかのとき、前記第１モータ駆動手段に代って前記モータを駆動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。
3. ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するモータと、前記ステアリングホイールの操舵方向及び操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段の検出結果に基づいて前記モータを駆動する第１モータ駆動手段と、前記第１モータ駆動手段が故障したとき、前記第１モータ駆動手段に代って、前記トルク検出手段の検出結果に基づいて前記モータを駆動する第２モータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記第１モータ駆動手段は、前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記トルク検出手段の検出した操舵方向及び操舵トルクに基づいて電流指令を求め、前記電流指令と電流検出手段の検出した検出結果に基づいて前記モータに流れる電流を制御する制御手段とを有し、前記第２モータ駆動手段は、前記電流検出手段の検出結果が電流閾値より大きいとき、前記電流指令と前記電流検出手段の検出結果との偏差が電流偏差閾値より大きいとき、及び前記制御手段が故障したときの少なくともいずれかのとき、前記第１モータ駆動手段に代って、前記トルク検出手段の検出した操舵トルクに係わらず、検出した操舵方向に基づいて前記モータを駆動することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 前記第２モータ駆動手段は、前記トルク検出手段の検出した操舵方向にトルクを発生するように前記モータを駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記モータは、直流電圧を供給されることでトルクを発生するとともに、直流電圧の極性を切換えることで発生するトルクの方向が切換わる直流モータであり、前記第２モータ駆動手段は、前記トルク検出手段の検出した操舵方向にトルクを発生するように前記モータに供給する直流電圧の極性を切換えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。