JP2016185786A - 電動パワーステアリング装置および故障検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2には、メイン及びサブ操舵トルクセンサの操舵トルク検出値の異常を検出し、所定時間異常状態を継続したときに制御を終了するが、異常状態となって所定時間が経過するまでの間は、両操舵トルク検出値の方向が一致しているときには絶対値の小さい方を操舵トルク検出値として選定し、方向が不一致であるときには、操舵トルク検出値を操舵に影響を与えない許容範囲例えば“0”に制限しながら制御を継続する電動式パワーステアリングの制御装置が開示されている。
本発明は、第1出力値および第2出力値の何れか一方が一定のレベルに固定される故障が生じたときに、第1の出力手段および第2の出力手段の何れが故障であるかを検知することができる電動パワーステアリング装置等を提供することを目的とする。
また故障検出手段は、第1の出力手段が故障したときは第2出力値を小さくし、第2の出力手段が故障したときは第1出力値を小さくすることができる。
さらに故障検出手段は、第1の出力手段または第2の出力手段の何れかが故障していることを検出した場合に、第1の出力手段が故障したときは第1出力値を0とし、第2の出力手段が故障したときは第2出力値を0として、第1出力値と第2出力値とを差動増幅する差動増幅手段を備えることができる。
そして範囲は、第1の出力手段および第2の出力手段のそれぞれが正常または故障であるかを表す4種類の範囲を含むようにすることができる。
て詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の外観図である。図2は、電動パワーステアリング装置100の概略構成図である。図3は、電動パワーステアリング装置100の断面図である。なお、図2においては、後述するECU10のカバー15を省略して示している。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置(以下、「ステアリング装置」と称す。)100は、コラムアシスト式の装置である。ステアリング装置100は、ステアリングホイール(図示せず)に連結されたステアリングシャフト101と、このステアリングシャフト101の回転半径方向の周囲を覆うステアリングコラム105と、を備えている。
また、ステアリング装置100は、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする力を付与する電動モータ160と、電動モータ160の作動を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」と称する場合もある。)10と、運転者の操舵トルクTを検出するトルク検出装置20と、を備えている。
図4は、図3におけるIV部の拡大図である。図5は、実施の形態に係るトルク検出装置20の主要部品の概略構成図である。図6は、トルク検出装置20の後述する磁石21とヨーク30とを、図3におけるVI方向から見た図である。なお、図6においては、後述するヨーク保持部材33は省略している。
また、トルク検出装置20は、磁石21およびヨーク30にて形成される磁気回路中の磁束密度を検出する磁気センサ40を有し、この磁気センサ40からの出力値に基づいて第1の回転体120と第2の回転体130との相対回転角度に応じた出力信号を出力するセンサユニット50(図3参照)を有している。
第1のヨーク31は、磁石21の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第1の円環部31aと、この第1の円環部31aから第1の回転体120の軸方向(以下、単に「軸方向」と称する場合もある。)に伸びるように形成された複数の第1の突起部31bとを有している。
第2のヨーク32は、磁石21の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第2の円環部32aと、この第2の円環部32aから軸方向に伸びるように形成された複数の第2の突起部32bとを有している。
センサユニット50の磁気センサ40は、第1のヨーク31の第1の円環部31aと第2のヨーク32の第2の円環部32aとの間に配置されて、第1のヨーク31と第2のヨーク32との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度を電圧信号に変換して出力する2つのセンサである第1の磁気センサ41と第2の磁気センサ42とを有している。磁気センサ40としては、ホール素子、磁気抵抗素子であることを例示することができる。第1の磁気センサ41と第2の磁気センサ42とは、同じ値の電圧信号を出力する。
第1の電圧増幅部43および第2の電圧増幅部44は、周知の電圧増幅回路であり、互いに相反する電圧信号を出力する。
第1の増幅回路45および第2の増幅回路46は、それぞれ、互いに逆の動作をする回路を組み合わせて一体とし、出力を得るようにした回路であり、プッシュプル回路であることを例示することができる。
なおここでは、第1の磁気センサ41、第1の電圧増幅部43、第1の増幅回路45および第1の抵抗47は、第1の出力系(第1の出力手段)の一例であり、第2の磁気センサ42、第2の電圧増幅部44、第2の増幅回路46および第2の抵抗48は、第2の出力系(第2の出力手段)の一例であると把握することができる。
図9においては、横軸に操舵トルクT、縦軸に第1の電圧信号T1の第1の電圧V1(第1出力値)および第2の電圧信号T2の第2の電圧V2(第2出力値)を示している。横軸は、操舵トルクTが零の状態、言い換えれば、トーションバー140の捩れ量が零の状態を中点にし、右方向の操舵トルクTをプラス、左方向の操舵トルクTをマイナスとしている。
図9の実線で示すように、第1の電圧信号T1は、操舵トルクTの右方向への大きさが増加(トーションバー140の右方向への回転量が増加)するのに伴って電圧が上昇する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第1の電圧信号T1の第1の電圧V1が上昇する。他方、図9の破線で示すように、第2の電圧信号T2の第2の電圧V2は、第1の電圧信号T1と相反する出力特性(逆の出力特性、負の相関関係)を有し、操舵トルクTの右方向への大きさが増加するのに伴って電圧が低下する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第2の電圧信号T2の第2の電圧V2が低下する。
さらに、操舵トルクTの変化に対する第1の電圧信号T1の変化の割合と第2の電圧信号T2の変化の割合(絶対値)は等しい。
図10は、ステアリング装置100のECU10の概略構成図である。
ECU10には、上述したトルク検出装置20からの出力信号、車速センサ(不図示)にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号v、電動モータ160の回転速度が出力信号に変換された回転速度信号Nmsなどが入力される。
そして、ECU10は、トルク検出装置20からの出力信号をトルク信号Tdに変換する変換部210と、変換部210から出力されたトルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ160が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部220と、目標電流算出部220が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部230とを有している。
また、ECU10は、トルク検出装置20からの出力信号を基にトルク検出装置20に故障が生じているか否かを検出する故障検出手段もしくは故障検出装置の一例としての故障検出部240を備えている。故障検出部240については後で詳述する。
モータ駆動制御部は、目標電流算出部220にて最終的に決定された目標電流と、モータ電流検出部にて検出された電動モータ160へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部(不図示)と、電動モータ160をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部(不図示)とを有している。
フレーム14は、絶縁性樹脂によりインサート成形され、複数の導電線からなる配線パターンを有し、制御基板12とパワー基板13とを電気的に接続する。このフレーム14には、自動車などの乗り物に搭載されるバッテリや、この乗り物に搭載される各種の機器とのネットワーク(CAN)などに接続するための接続コネクタ16が取り付けられている(図1、図2参照)。
制御トルク信号である第1の電圧V1と比較信号である第2の電圧V2との何れかが、異常な値となると、後段のECU10でトルク検出装置20が故障したと判断され、アシストが停止してしまう。この場合、他の制御手段によりECU10を動作させる方法もあるが、トルク信号Tdを使わない場合、操舵のフィーリングが低下しやすくなる。
本実施の形態では、故障検出部240は、第1の電圧V1および第2の電圧V2を基に、第1出力系および第2出力系の何れが故障しているか否かを判定する。そして一方が、異常と判定されたときは正常と判定された他方から出力された電圧を使用する。
故障判定部241は、第1の電圧V1と第2の電圧V2との関係が予め定められた範囲内となったときに、この範囲を基に第1出力系および第2出力系の何れが故障であるかを特定して検出する。
このとき図示するように第1の電圧V1と第2の電圧V2との関係に応じ、範囲A、範囲B、範囲C、範囲Dを定める。この範囲は、以下に説明するように第1出力系および第2出力系のそれぞれが正常または故障であるかを表す4種類を含む。
第1の電圧V1と第2の電圧V2との関係が範囲Aに入り、その結果、故障判定部241が、第1出力系と第2出力系とはともに正常であると判定したとき、選択部242は、第1の電圧V1を選択し、トルク検出電圧VT1として変換部210に出力する。
また第1の電圧V1と第2の電圧V2との関係が範囲Bに入り、その結果、故障判定部241が、第1出力系は正常であるが、第2出力系は故障していると判定したとき、選択部242は、第1の電圧V1を選択し、トルク検出電圧VT1として変換部210に出力する。
さらに第1の電圧V1と第2の電圧V2との関係が範囲Cに入り、その結果、故障判定部241が、第2出力系は正常であるが、第1出力系は故障していると判定したとき、選択部242は、第2の電圧V2を選択し、トルク検出電圧VT1として変換部210に出力する。ただし、第2の電圧V2は、第1の電圧V1とは、負の相関関係にあるため、第1の電圧V1と同様のものにするため−1を乗算した後、出力する。
変換部210では、トルク検出電圧VT1から操舵トルクTを算出し、算出した操舵トルクTを電気信号に変換したトルク信号Tdを目標電流算出部220へ出力する。
トルク検出電圧VT1から操舵トルクTを算出する手法としては以下を例示することができる。すなわち、トルク検出電圧VT1と操舵トルクTとの関係を示すマップをROMに記憶しておき、変換部210は、このマップに、トルク検出電圧VT1を代入することにより操舵トルクTを算出する。あるいは、トルク検出電圧VT1と操舵トルクTとの関係を示す関数を組み込んでおき、変換部210は、この関数にトルク検出電圧VT1を代入して操舵トルクTを算出してもよい。
また第1の増幅回路45や第2の増幅回路46のゲインは、可変としてもよい。この場合、ゲインを、例えば、車速Vcやステアリングホイールの操舵角に応じて変更できる。
図12は、故障検出部240の動作について説明したフローチャートである。
まず故障検出部240の故障判定部241が、第1の電圧V1を読み込む(ステップ101)。さらに故障判定部241が、第2の電圧V2を読み込む(ステップ102)。
次に故障判定部241が第1の電圧V1と第2の電圧V2との関係が、図11に示した範囲Aに入るか否かを判定する(ステップ103)。
図13は、他の実施形態における制御基板12の概略構成を示す図である。
図13に示した制御基板12は、図7に示した制御基板12に対し、故障検出部240の構成が相違し、他の構成は同様である。よって以下、故障検出部240について説明を行い、故障検出部240以外の説明は省略する。
ここで第1の電圧V1と第2の電圧V2との関係が範囲Aに入ったとき、第1の電圧V1および第2の電圧V2がそのまま差動増幅部243に入力する。そして第1の電圧V1と第2の電圧V2とを差動増幅すると、VT1=V1−V2≒2×V1となり、トルク検出電圧VT1は、第1の電圧V1のほぼ2倍となる。
図14は、他の実施形態における故障検出部240の動作について説明したフローチャートである。
まず故障検出部240の故障判定部241が、第1の電圧V1を読み込む(ステップ201)。さらに故障判定部241が、第2の電圧V2を読み込む(ステップ202)。
次に故障判定部241が第1の電圧V1と第の2電圧V2との関係が、図11に示した範囲Aに入るか否かを判定する(ステップ203)。
Claims (6)
- 回転軸の捩れ量に応じた値である第1出力値を出力する第1の出力手段と、
前記回転軸の捩れ量に応じた値であって、前記第1出力値に対し負の相関関係となる第2出力値を出力する第2の出力手段と、
前記第1出力値と前記第2出力値との関係が予め定められた所定範囲内となったときに、前記第1の出力手段および前記第2の出力手段の何れが故障であるかを特定して検出する故障検出手段と、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記故障検出手段は、前記第1の出力手段または前記第2の出力手段の何れかが故障していることを検出した場合に、当該第1の出力手段が故障したときは前記第2出力値を選択し、当該第2の出力手段が故障したときは前記第1出力値を選択する選択手段を備え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。
- 前記故障検出手段は、前記第1の出力手段が故障したときは前記第2出力値を小さくし、前記第2の出力手段が故障したときは前記第1出力値を小さくすることを特徴とする請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記故障検出手段は、前記第1の出力手段または前記第2の出力手段の何れかが故障していることを検出した場合に、当該第1の出力手段が故障したときは前記第1出力値を0とし、当該第2の出力手段が故障したときは前記第2出力値を0として、当該第1出力値と当該第2出力値とを差動増幅する差動増幅手段を備え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。
- 前記範囲は、前記第1の出力手段および前記第2の出力手段のそれぞれが正常または故障であるかを表す4種類の範囲を含むことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 回転軸の捩れ量に応じた値である第1出力値と当該回転軸の捩れ量に応じた値であって当該第1出力値に対し負の相関関係となる第2出力値との関係が予め定められた所定範囲内となったときに、当該範囲を基に当該第1出力値を出力する第1の出力手段および当該第2出力値を出力する第2の出力手段の何れが故障であるかを特定して判定する故障判定部と、
故障と判定された場合に前記第1出力値と前記第2出力値を処理して出力する出力部と、
を備えることを特徴とする故障検出装置。
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