JP2019006188A - 電動パワーステアリング装置を搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の４輪にそれぞれ独立した転舵機構を有する電動パワーステアリング装置においては、転舵モータが故障した際には当該の車輪の転舵機構の機能が停止し、車両の操縦性、安定性が低下するという課題があった。
【解決手段】車両の４輪にそれぞれ独立して設けられた転舵機構３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの転舵モータ１３ａ、１３ｂ、１８ａ、１８ｂは、それぞれ２組の３相巻線１９ａ、１９ｂと、３相巻線を個別に駆動する２組のインバータ２２ａ、２２ｂとを有する３相２重化モータの冗長構成とした。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両の４輪にそれぞれ独立した転舵機構を有する電動パワーステアリング装置およびそれを搭載した車両に関するものである。

車両の４輪にそれぞれ独立した転舵機構を有する従来の電動パワーステアリング装置においては、転舵機構を構成する転舵モータが故障した際のバックアップ機能は設けられていなかった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１１２００８号公報

特許文献１に示した従来の４輪にそれぞれ独立した転舵機構を有する車両の電動パワーステアリング装置においては、転舵モータが故障した際には当該の車輪の転舵機構の機能が停止し、車両の操縦性、安定性が低下すると言う課題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、転舵モータが故障しても当該の車輪の転舵機構の機能を継続でき、車両の操縦性、安定性を確保することができる電動パワーステアリング装置を得ることを目的とするものである。

この発明の電動パワーステアリング装置は、車両の４輪にそれぞれ独立した転舵機構を有する電動パワーステアリング装置において、転舵機構の転舵モータを冗長構成にしたものである。

この発明によれば、転舵モータが故障した際にも当該の車輪の転舵機構の機能を継続することができるため、装置の安全性が向上し、車両の操縦性、安定性を確保することができる電動パワーステアリング装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置を示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置に用いる転舵機構の転舵モータの回路図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置を図１及び図２に基づいて説明する。
図１はこの発明の電動パワーステアリング装置を示すシステム構成図、図２はこの発明の電動パワーステアリング装置に用いる転舵機構の転舵モータの回路図である。
図１において、運転者が操作するハンドル５にはステアリングシャフト６が連結され、ステアリングシャフト６には運転者の操舵角を検知する操舵センサ７と、運転者の操舵に対し操舵反力を付与する反力モータ８が取り付けられ、これらハンドル５、ステアリングシャフト６、操舵センサ７、反力モータ８により操舵入力機構２をなしている。

左前輪９ａの左前輪用ナックルアーム１０ａには左前輪用ラック軸１２ａに連結された左前輪用タイロッド１１ａが接続されており、左前輪用ラック軸１２ａの動きが左前輪用タイロッド１１ａと、左前輪用ナックルアーム１０ａを経て左前輪９ａに伝わることにより、左前輪９ａが操向される。左前輪用ラック軸１２ａには左前輪用転舵モータ１３ａが取り付けられており、左前輪用転舵モータ１３ａの出力が左前輪用ラック軸１２ａを動かす動力となっており、これら左前輪用ラック軸周辺の機構により、左前輪用転舵機構３ａをなしている。

同様に、右前輪９ｂの右前輪用ナックルアーム１０ｂには右前輪用ラック軸１２ｂに連結された右前輪用タイロッド１１ｂが接続されており、右前輪用ラック軸１２ｂの動きが右前輪用タイロッド１１ｂと、右前輪用ナックルアーム１０ｂを経て右前輪９ｂに伝わることにより、右前輪９ｂが操向される。右前輪用ラック軸１２ｂには右前輪用転舵モータ１３ｂが取り付けられており、右前輪用転舵モータ１３ｂの出力が右前輪用ラック軸１２ｂを動かす動力となっており、これら右前輪用ラック軸周辺の機構により、右前輪用転舵機構３ｂをなしている。

左後輪１４ａの左後輪用ナックルアーム１５ａには左後輪用ラック軸１７ａに連結された左後輪用タイロッド１６ａが接続されており、左後輪用ラック軸１７ａの動きが左後輪用タイロッド１６ａと、左後輪用ナックルアーム１５ａを経て左後輪１４ａに伝わることにより、左後輪１４ａが操向される。左後輪用ラック軸１７ａには左後輪用転舵モータ１８ａが取り付けられており、左後輪用転舵モータ１８ａの出力が左後輪用ラック軸１７ａを動かす動力となっており、これら左後輪用ラック軸周辺の機構により、左後輪用転舵機構４ａをなしている。

同様に、右後輪１４ｂの右後輪用ナックルアーム１５ｂには右後輪用ラック軸１７ｂに連結された右後輪用タイロッド１６ｂが接続されており、右後輪用ラック軸１７ｂの動きが右後輪用タイロッド１６ｂと、右後輪用ナックルアーム１５ｂを経て右後輪１４ｂに伝わることにより、右後輪１４ｂが操向される。右後輪用ラック軸１７ｂには右後輪用転舵モータ１８ｂが取り付けられており、右後輪用転舵モータ１８ｂの出力が右後輪用ラック軸１７ｂを動かす動力となっており、これら右後輪用ラック軸周辺の機構により、右後輪用転舵機構４ｂをなしている。

操舵入力機構２と各転舵機構３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂは機械的には連結されておらず、操舵センサ７などからの入力信号に基づき、制御装置２６が左前輪用転舵モータ１３ａ、右前輪用転舵モータ１３ｂ、反力モータ８、左後輪用転舵モータ１８ａ、右後輪用転舵モータ１８ｂを適切に制御することにより、運転者の操作に応じた転舵がなされる構成、いわゆるステアバイワイヤ方式の電動パワーステアリング装置１を形成している。

さらに、左前輪９ａには左前輪用駆動装置２７ａ、右前輪９ｂには右前輪用駆動装置２７ｂ、左後輪１４ａには左後輪用駆動装置２８ａ、右後輪１４ｂには右後輪用駆動装置２８ｂがそれぞれ独立して設けられており、それぞれの車輪に個別に駆動力を供給する構成となっている。このように本構成では車両２９の４輪の操舵機構が独立しており、走行状態に応じて４輪の転舵角度を自在に制御することができると共に、４輪の駆動力も自在に制御することができるため、高い操縦性と挙動安定性を備えた車両を実現することができるものとなっている。

左前輪用転舵モータ１３ａ、右前輪用転舵モータ１３ｂ、左後輪用転舵モータ１８ａ、右後輪用転舵モータ１８ｂはそれぞれ冗長構成となっている。即ち、各転舵モータ１３ａ、１３ｂ、１８ａ、１８ｂは、２組の３相巻線と、それぞれの３相巻線を個別に駆動する２組のインバータとを有するダブルインバータ方式３相２重化モータとなっており、故障発生時にもモータとしての機能を完全には失わないように構成されている。

次に、ダブルインバータ方式３相２重化モータの構成について１つの転舵モータを例に図２に基づいて説明する。
図２において、転舵モータは２つの３相巻線１９ａ、１９ｂを備えている。第１系統の３相巻線１９ａの接続端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、ＣＰＵ２０ａおよびＦＥＴ駆動回路２１ａにより制御される第１のインバータ２２ａに接続されている。同様に、第２系統の３相巻線１９ｂの接続端子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２は、ＣＰＵ２０ｂおよびＦＥＴ駆動回路２１ｂにより制御される第２のインバータ２２ｂに接続されている。

転舵モータのロータの回転を検知する回転センサ２３ａの信号は第１系統の入力回路２４ａに入力されて、モータの制御に供される。ＣＰＵ２０ａ、ＦＥＴ駆動回路２１ａ、入力回路２４ａには電源回路２５ａから電力が供給される。第１のインバータ２２ａには車両の電源が接続され、モータを駆動する電力が供給されている。

同様に、回転センサ２３ｂの信号は第２系統の入力回路２４ｂに入力されて、モータの制御に供される。ＣＰＵ２０ｂ、ＦＥＴ駆動回路２１ｂ、入力回路２４ｂには電源回路２５ｂから電力が供給される。第２のインバータ２２ｂには車両の電源が接続され、モータを駆動する電力が供給されている。入力回路２４ａ、入力回路２４ｂは制御装置２６に接続され、他の３つの転舵モータ、反力モータ８、他の車両システムと協調してモータを制御するよう構成されている。

ここで転舵モータの冗長構成とは、転舵モータであるダブルインバータ方式３相２重化モータが正常時においても、第１系統と第２系統の２組の３相巻線１９ａ、１９ｂとインバータ２２ａ、２２ｂが共に駆動されている状態を言う。
次にダブルインバータ方式３相２重化モータの故障時の動作について説明する。左後輪用転舵モータ１８ａの第２系統に故障が生じた際を例として説明すると、ＣＰＵ２０ｂが第２系統の故障を検知すると、ＦＥＴ駆動回路２１ｂの駆動を停止させ、第２系統の３相巻線１９ｂの駆動電流を０とする。したがって、第２系統によって発揮されていたトルクは０となり、モータ全体の出力トルクは正常時の２分の１となるが、第１系統のトルクによって完全に機能を失うことはなく、転舵を継続できる。ここで、ＣＰＵ２０ｂは入力回路２４ｂを介して制御装置２６に故障情報を送信し、他の３つの転舵モータ１３ａ、１３ｂ、１８ｂ、反力モータ８、他の車両システムの制御が適切に行われるようにする。

また、第２系統の駆動を停止すると同時に、第１系統の駆動電流を正常時の２倍に増加させる制御を行うことにより、第１系統によって発揮されるトルクも２倍となり、第２系統によって発揮されていた分のトルクを補って、モータ全体の出力トルクは正常時と変わらないものとすることもできる。

また、第２系統の駆動を停止した後、第１系統により左後輪の転舵角度を中立位置に戻して固定し、以降前輪のみで操舵するようにしても良い。なお、この際は正常な右後輪の転舵角度も中立位置に戻して固定する。
さらに、転舵角度を中立位置に固定したことによって低下した操縦性を４輪の駆動力を制御することによって補うようにしても良い。例えば、左右輪に駆動力差を与えることによってヨーモーメントを発生させて、車両の操向を補助することができる。

以上のように構成されたこの発明の実施形態における電動パワーステアリング装置は、転舵モータの故障時においてもその機能が維持できるため、従来の装置のように故障時に車輪が転舵した状態で停止して車両の操縦性、挙動安定性が低下する事態を回避することができ、車両の安全性を向上させることができる。

また、本実施形態ではダブルインバータ方式モータの構成としてＣＰＵを２個としているが、ＣＰＵを１個とした構成としても良く、さらに、モータは３相方式に限定されるものでもない。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：電動パワーステアリング装置、２：操舵入力機構、３ａ：左前輪用転舵機構、
３ｂ：右前輪用転舵機構、４ａ：左後輪用転舵機構、４ｂ：右後輪用転舵機構、
５：ハンドル、６：ステアリングシャフト、７：操舵センサ、８：反力モータ、
９ａ：左前輪、９ｂ：右前輪、１０ａ：左前輪用ナックルアーム、
１０ｂ：右前輪用ナックルアーム、１１ａ：左前輪用タイロッド、
１１ｂ：右前輪用タイロッド、１２ａ：左前輪用ラック軸、１２ｂ：右前輪用ラック軸、
１３ａ：左前輪用転舵モータ、１３ｂ：右前輪用転舵モータ、１４ａ：左後輪、
１４ｂ：右後輪、１５ａ：左後輪用ナックルアーム、１５ｂ：右後輪用ナックルアーム、
１６ａ：左後輪用タイロッド、１６ｂ：右後輪用タイロッド、１７ａ：左後輪用ラック軸、
１７ｂ：右後輪用ラック軸、１８ａ：左後輪用転舵モータ、１８ｂ：右後輪用転舵モータ、
１９ａ：第１系統の３相巻線、１９ｂ：第２系統の３相巻線、２０ａ：ＣＰＵ１、
２０ｂ：ＣＰＵ２、２１ａ：ＦＥＴ駆動回路１、２１ｂ：ＦＥＴ駆動回路２、
２２ａ：第１のインバータ、２２ｂ：第２のインバータ、２３ａ：回転センサ１、
２３ｂ：回転センサ２、２４ａ：入力回路１、２４ｂ：入力回路２、２５ａ：電源回路１、
２５ｂ：電源回路２、２６：制御装置、２７ａ：左前輪用駆動装置、
２７ｂ：右前輪用駆動装置、２８ａ：左後輪用駆動装置、２８ｂ：右後輪用駆動装置、
２９：車両

この発明は、車両の４輪にそれぞれ独立した転舵機構を有する電動パワーステアリング装置を搭載した車両に関するものである。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、転舵モータが故障しても当該の車輪の転舵機構の機能を継続でき、車両の操縦性、安定性を確保することができる電動パワーステアリング装置を搭載した車両を得ることを目的とするものである。

この発明は、車両の４輪にそれぞれ独立した転舵機構および車輪の駆動装置を有する電動パワーステアリング装置を搭載した車両において、転舵機構のそれぞれの転舵モータは冗長構成であり、転舵モータの一方が故障した際に故障した転舵モータの駆動を停止すると共に故障した転舵モータで転舵していた車輪の転舵角度を中立位置に固定し、４輪の駆動力を制御することによって転舵を補うように車輪に駆動力差を与えるようにしたものである。

この発明によれば、転舵モータが故障した際にも当該の車輪の転舵機構の機能を継続することができるため、装置の安全性が向上し、車両の操縦性、安定性を確保することができる電動パワーステアリング装置を搭載した車両を得ることができる。

Claims (5)

1. 車両の４輪にそれぞれ独立した転舵機構を有する電動パワーステアリング装置において、前記転舵機構のそれぞれの転舵モータを冗長構成にしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記転舵モータは、２組の３相巻線と、前記３相巻線を個別に駆動する２組のインバータとを有する３相２重化モータであ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. 前記３相２重化モータの一方が故障した際に、故障したモータの駆動を停止し、他方のモータの駆動電流を正常時の２倍に増加させるようにした請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記３相２重化モータの一方が故障した際に、故障したモータの駆動を停止すると共に前記故障したモータで転舵していた車輪の転舵角度を中立位置に固定するようにした請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置を搭載した車両。

Images