JP3743870B2 - 電動式パワーステアリングシステムの異常検出制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールを操作したとき、その操舵トルクにアシストトルクを付加して操作性を良くする電動式パワーステアリングシステムの異常検出制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動式パワーステアリングシステムにおいては、例えば、特開昭６４−５６２７４号公報或いは特開平２−２９３２６０号公報等に開示されているように、操舵トルクとアシストトルクを電気信号に変換し、これらを電気制御ユニット（以下ＥＣＵと云う）により制御している。
ＥＣＵには、これらの制御回路とともに、故障検出機構及びアシスト禁止機構が設けられている。即ち、操舵トルクとアシストトルクの関係が許容範囲を越えたときこれらをソフト的に比較して故障検出を行い、さらに、この検出信号に基づいてアシスト禁止の制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電動式パワーステアリングシステムのＥＣＵにおいては、操舵トルクからアシストトルクを演算する制御回路とともに、電気的に構成された故障検出機構及びアシスト禁止機構が設けられているので、これらを構成するハードやソフトが必要であり、システムが複雑になってコスト高になるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、操舵トルク及びアシストトルクを機械的変位量として直接比較して、故障検出機構及びアシスト禁止機構を一体化した電動式パワーステアリングシステムの異常検出制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために請求項１の発明が採った手段は、実施例で使用する符号を付して説明すると、
ステアリングホイール１の操舵トルクを検出し、この検出信号に応じてアシストモータ１０のトルクを付加する電動式パワーステアリングシステムにおいて、
前記操舵トルクを検出する第１の検出手段２０と、
前記アシストモータ１０の付加トルクを検出する第２の検出手段３０と、
前記第１の検出手段２０の検出信号に応じて変位する第１の電極４１及びこの第１の電極４１に対して正常時は通電状態にあり第２の検出手段３０の検出信号に応じて変位する第２の電極４２とからなり、前記操舵トルクと前記付加トルクとの関係が所定の範囲を越えたとき第１の電極４１及び第２の電極４２が相対的に変位して断電状態に切り換わり前記付加トルクを零にする比較手段４０と、
を備えたところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明が採った手段は、前記アシストモータ１０の付加トルクを検出する第２の検出手段３０を、前記アシストモータ１０に直列に接続された比例ソレノイド７０から構成したところに特徴を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例につき図１〜１３図を参照して説明する。
まず、電動式パワーステアリングシステムに関して図２を参照して説明する。
ステアリングホイール１を操作すると、その操舵トルクはギヤーケース２の入力軸３に伝達され、出力軸４の下端のピニオンを介してラック５を駆動する。このラック５は操舵リンク６を介して車輪７の方向を変える。
【０００８】
一方、ギヤーケース２に取付けられたトルクセンサ８が操舵トルクを検出し、その電気信号が電気制御装置（以下ＥＣＵと云う）９に入力される。そして、ＥＣＵ９からの信号に基づいてアシストモータ１０が駆動される。このアシストモータ１０のトルクは、電磁クラッチ１１を介してギヤーケース１２の入力軸１３に伝達され、出力軸１４の下端のピニオンを介してラック５を駆動する。このラック５は、ステアリングホイール１の出力軸４とともに、アシストモータ１０の出力軸１４により駆動されるので、操作性が著しく改善される。
【０００９】
ここで、電磁クラッチ１１は、図１に示すように、アシストモータ１０の端面に取着されたソレノイド１５と、モータ軸１０ａに連結された第１のデイスク１６及びピニオン軸１７に連結された第２のデイスク１８とから構成されており、ソレノイド１５が通電されると、第１のデイスク１６及び第２のデイスク１８が一体化されてアシストモータ１０のトルクがピニオン軸１７、ギヤ１９を介して入力軸１３に伝達されるようになっている。
【００１０】
つぎに、操舵トルクを検出する第１の検出手段として、トーションバー方式の第１の検出装置２０について図１，３及び４を参照して説明する。
入力軸３及び出力軸４は、それぞれギヤーケース２に回転可能に取付けられている。トーションバー２１は上端部がピン２２により入力軸３に一体化され、下端が出力軸４の孔部４ａに一体的に圧入されている。従って、入力軸３に入力されたトルクは、トーションバー２１を介して出力軸４に伝達される。
【００１１】
一方、入力軸３の外側にはスリーブ２３が嵌合されている。このスリーブ２３には軸方向に平行な長溝２４と、傾斜溝２５が形成されている。そして、長溝２４には出力軸４に固定されたピン２６が挿入され、傾斜溝２５には入力軸３に固定されたピン２７が挿入されている。即ち、スリーブ２３は出力軸４に対して軸方向には移動するが、円周方向には回転しない。
【００１２】
ここで操舵トルクが入力軸３から出力軸４へ伝達されるとき、トーションバー２１にねじり角が発生して、入力軸３と出力軸４との間に円周方向のずれが発生する。従って、入力軸３に固定されたピン２７は傾斜溝２５内を移動して、スリーブ２３が寸法Ｈだけ上昇する。第１の検出装置２０は、この寸法Ｈを検出量として取り出すもので、スリーブ２３の外周面には溝２８が形成されている。
【００１３】
一方、アシストモータ１０の付加トルクを検出する第２の検出手段としての第２の検出装置３０は、アシストモータ１０の伝達力を検知するためにギヤーケース１２に設けられたもので、これは、第１の検出装置２０と同じ構成のトーションバー式であり、入力軸１３の外周部にスリーブ２３が設けられている。そして、前述と同様に、スリーブ２３の変位量がアシストモータ１０の付加トルクとして検出される。
【００１４】
つぎに、比較手段４０として使用するＩ／Ｏスイッチ４０に関して、図１、図６及び図７を参照して説明する。
Ｉ／Ｏスイッチ４０は、第１の電極４１と、第１の電極４１上を摺動する第２の電極としてのブラシ４２とから構成されている。第１の電極４１は、絶縁基板４３の中央部に電極４４を貼付けて形成されており、レバー４５が図４に示すように第１の検出装置２０のスリーブ２３の溝２８に嵌合して、スリーブ２３の変位量に応じて移動される。なお、この移動は、直線的に摺動させてもよく、また、円周方向に回動させてもよい。
【００１５】
第２の電極としてのブラシ４２は、第１の検出装置２０と同様のトーションバー方式により第２の検出装置３０の検出量に応じてプッシュプルワイヤ４６を介して移動される。
【００１６】
ここで、操舵トルクによる第１の検出装置２０の検出量（電極４４の移動量）と、アシストトルクによる第２検出装置３０の検出量（ブラシ４２の移動量）との関係は、図５に示す制御線３１に沿って制御される。この際、図５において、制御許容範囲（セーフエリア）である所定の範囲３２，３２間は、正常状態で稼働されることを示し、範囲３２，３２を越えた斜線部分が異常範囲（フェールエリア）となることを示すものである。
【００１７】
Ｉ／Ｏスイッチ４０は、正常時はブラシ４２が電極４４に接触して電源ラインが通電状態にあり、第２の検出装置３０の検出量が図５に示す所定の範囲を越えると、即ちフェールエリアに入るとブラシ４２が電極４４から逸脱して電源ラインが断電状態に切換わるのである。
尚、電極４４の幅寸法を変化させれば、図５に示す所定の範囲３２，３２を適宜に変更することができる。
【００１８】
つぎに、比較手段４０としてのＩ／Ｏスイッチ４０の作用に関して図５〜図１１を参照して説明する。
先ず図５〜図７において、
１，操舵トルク及びアシストトルクがともに加わっていない場合（図６のＳＴＥＰ１０）は、図５におけるＯ点（セーフエリア）に相当し、図７に示すように、電極４４の中心にブラシ４２が接触している。この第１の電極４１及び第２の電極４２の基準位置をそれぞれＡ1，Ａ2と表示する。
【００１９】
つぎに、操舵トルクが右方向へ作用して第１の電極４１が右方向へ寸法Ｈ1移動した場合を例にとり、アシストトルクが各種の場合について説明する。
２，操舵トルクとアシストトルクが正常関係にある場合（ＳＴＥＰ１１、図８）
ブラシ４２が寸法Ｌ1だけ移動するので、図５に示すＡ点（セーフエリア）に相当して、ブラシ４２は電極４４に接触し、電源は通電状態を維持する。
尚、ブラシ４２が、所定の範囲３２，３２間に入るように寸法Ｌa〜Ｌbの範囲（電極４４の幅寸法に相当する）移動されたときも電源は通電状態を維持する。
【００２０】
３，操舵トルクよりもアシストトルクが大き過ぎる場合（ＳＴＥＰ１２、図９）
ブラシ４２が寸法Ｌ2だけ移動して図５に示すＢ点（フェールエリア）に位置する。ブラシ４２は電極４４を通過して絶縁基板４３上に移動して、電源が断電状態となり、故障を検出する。
【００２１】
４，操舵トルクよりもアシストトルクが小さ過ぎる場合（ＳＴＥＰ１２、図１０）
ブラシ４２が寸法Ｌ3だけ移動して図５に示すＣ点（フェールエリア）に位置する。電極４４のブラシ４２に対する相対的な移動距離が大きいので、ブラシ４２が絶縁基板４３上に移動して、電源が断電状態となる。
【００２２】
５，アシストトルクが逆方向に作用した場合（ＳＴＥＰ１３、図１１）
ブラシ４２が反対方向に寸法Ｌ4だけ移動して、図５に示すＤ点（フェールエリア）に位置する。ブラシ４２は絶縁基板４３上に移動して電源が断電状態となる。
【００２３】
つぎに、これらの制御回路及びフェールセーフ機能について図１２，１３を参照して説明する。
イグニッションスイッチ５２をオンにすると、エンジンスタータ連動リレーの接点５１がオンされて、直流電源５３が回路に接続される。エンジンスタータ接点５１にはリレーコイル５４が直列に接続されており、イグニッションスイッチ５２をオフにしてもその接点５５及び接点５６が自己保持される。接点５５は、Ｉ／Ｏスイッチ４０及びリレーコイル５４に直列に接続されており、また、接点５６はアシストモータ１０のトルクをギヤ−ケース１２に伝達するか否かを制御する電磁クラッチ１１のソレノイド１１ａに直列に接続されている。尚、リレー５４と並列にコンデンサ５７が接続されている。
【００２４】
つぎに、図１３において、ステアリングホイール１を操作すると、第１の検出装置２０が操舵トルクを検出し、また、第２の検出装置３０がアシストトルクを検出する。そして、両者をＩ／Ｏスイッチ４０で比較して（図１３のＳＴＥＰ２０）、その関係が正常範囲であれば、Ｉ／Ｏスイッチ４０が通電状態を保持し（ＳＴＥＰ２４）、パワーアシストが継続される。
【００２５】
一方、その関係が異常範囲になると、即ちフェールエリアに入ると、前述のように、Ｉ／Ｏスイッチ４０が断電状態となり、故障を検出する。すると、リレー５４がオフとなるので（ＳＴＥＰ２１）、その接点５５及び接点５６も同時にオフとなる。
これにより、ソレノイド１１ａが断電されて（ＳＴＥＰ２２）、電磁クラッチ１１が遮断されて、アシストモータ１０のトルクはギヤーケース１２に伝達されないので、アシストトルクは零となって、アシスト禁止を実施する。即ち、異常を検出するとフェールセーフ機能が働いてマニュアルステアリングに切換えられるのである（ＳＴＥＰ２３）。
【００２６】
尚、本実施例においては、急ハンドルや振動等によりＩ／Ｏスイッチ４０が瞬間的に断電状態となっても、コンデンサ５７の容量に応じた時間だけ接点５５及び接点５６が自己保持されるので、その分、事故フェールの発生が未然に防止できる。
【００２７】
上記した第１の実施例によれば、つぎの効果を奏する。
（１）Ｉ／Ｏスイッチ４０を互いに相対的に移動する第１の電極４１と第２の電極４２で構成し、故障検出機構とアシスト禁止機構を一体化したので、構造が簡単にすることができコストを低減し得て、しかも信頼性を向上させることができる。
（２）フェールセーフ機能はＩ／Ｏスイッチ４０により制御しＥＣＵ９に対して別個に設けているので、たとえＥＣＵ９に故障が発生してもフェールセーフが可能である。
（３）Ｉ／Ｏスイッチ４０は、第１の電極４１と第２の電極４２との機械的変位を直接比較するので、電極の寸法を変えることにより、フェールセーフの調整範囲を変化できる。
【００２８】
図１４〜図１７は本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実施例との相違点を説明する。
第２の実施例においては、アシストモータ１０のモータ軸１０ａにピニオン６１が連結されており、これに噛み合うギヤ６２を介してアシストトルクがラック５に伝達される。
【００２９】
また、第２の検出手段として、アシストモータ１０に直列に接続された比例ソレノイド７０が使用されている。この比例ソレノイド７０は、アシストモータ１０の回路電流が流れるソレノイドと、このソレノイドの内部を移動するプランジャとから構成されている。そして、このプランジャをＩ／Ｏスイッチ４０のブラシ電極４２に連結して、プランジャの移動距離に対応してブラシ電極４２を移動させている。
【００３０】
このプランジャは、ソレノイドの電流が大になると移動距離が大となり、ソレノイドの電流が小になれど移動距離も小となる。即ち、アシストモータ１０のアシストトルクが大となって電流が大となると、プランジャの移動距離も大となり、アシストトルクが小となって電流が小となると、プランジャの移動距離も小となる。
尚、第２の検出手段は、比例ソレノイドに限らず、アシストモータ１０の回路電流に関連して作動するモータによっても良く、要はアシストモータ１０のアシストトルクを機械的変位に変換できる手段であれば特に限定されない。
【００３１】
つぎに、第２の実施例の作用について図１５〜図１７を参照して説明する。
アシストモータ１０の回路には、比例ソレノイド７０とリレー５４により自己保持される接点７１が直列に接続されている。
操舵トルクとアシストトルクをＩ／Ｏスイッチ４０で比較して（図１７のＳＴＥＰ３０）、その関係が正常範囲であれば、Ｉ／Ｏスイッチ４０が通電状態を保持し、パワーアシストが継続される（ＳＴＥＰ３４）。
【００３２】
その関係が異常範囲になると、前述のように、Ｉ／Ｏスイッチ４０が断電状態となる。すると、リレー５４がオフとなるので（ＳＴＥＰ３１）、その接点５５及び接点７１も同時にオフとなる。
これにより、アシストモータ１０が断電されて（ＳＴＥＰ３２）、アシストトルクは零となる。即ち、異常を検出するとフェールセーフ機能が働いてマニュアルステアリングに切換えられるのである（ＳＴＥＰ３３）。
【００３３】
この第２の実施例においては、第１の実施例の効果に加えて、ギヤケース１２内の構成部品が少なくなり、コストダウンが達成でき、しかも、アシストモータ１０の取付け位置が自由に選択できるという効果を奏するものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明にあっては、比較手段によって操舵トルクとアシストトルクを機械的変位として直接比較して故障検出を行い、この故障検出と同時に機械的に電源非導通としてアシスト禁止の制御を行っている。
このため、故障検出機構及びアシスト禁止機構を一体化することができて、簡単な構成で信頼性を向上させ、コストを低減することができ、しかも、電気制御ユニットも簡単にすることができるという効果を奏するものである。
さらに、比較手段により機械的変位を直接比較するため、接点範囲の変更のみでフェールエリアの変更を容易に行うことができるという優れた効果も奏する。
【００３５】
また、請求項２の発明にあっては、アシストモータの付加トルクを検出する第２の検出手段を、アシストモータに直列に接続された比例ソレノイドから構成したので、簡単な構成で信頼性を向上させ、コストを低減することができ、アシストモータの取付け位置を自由に選択できるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施例における要部の縦断正面図である。
【図２】 第１の実施例のシステムを説明するブロック図である。
【図３】 第１の検出装置の縦断正面図である。
【図４】 第１の検出装置のスリーブの正面図である。
【図５】 アシスト特性及びフェールエリアを示すグラフである。
【図６】 比較手段の制御形態を示すフローチャートである。
【図７】 比較手段の機械的変位の第１の状態を示す図である。
【図８】 比較手段の機械的変位の第２の状態を示す図である。
【図９】 比較手段の機械的変位の第３の状態を示す図である。
【図１０】 比較手段の機械的変位の第４の状態を示す図である。
【図１１】 比較手段の機械的変位の第５の状態を示す図である。
【図１２】 第１の実施例における制御回路図である。
【図１３】 第１の実施例における制御を示すフローチャートである。
【図１４】 第２の実施例における要部の縦断正面図である。
【図１５】 第２の実施例のシステムを説明するブロック図である。
【図１６】 第２の実施例における制御回路図である。
【図１７】 第２の実施例における制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
９ 電気制御装置
１０ アシストモータ
１１ 電磁クラッチ
２０ 第１の検出装置（第１の検出手段）
３０ 第２の検出装置（第２の検出手段）
４０ Ｉ／０スイッチ（比較手段）
４１ 第１の電極
４２ 第２の電極
４４ 電極
７０ 比例ソレノイド（第２の検出手段）

Claims (2)

1. ステアリングホイールの操舵トルクを検出し、この検出信号に応じてアシストモータのトルクを付加する電動式パワーステアリングシステムにおいて、
   前記操舵トルクを検出する第１の検出手段と、
   前記アシストモータの付加トルクを検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段の検出信号に応じて変位する第１の電極及びこの第１の電極に対して正常時は通電状態にあり第２の検出手段の検出信号に応じて変位する第２の電極とからなり、前記操舵トルクと前記付加トルクとの関係が所定の範囲を越えたとき第１及び第２の電極が相対的に変位して断電状態に切り換わり前記付加トルクを零にする比較手段と
   を備えたことを特徴とする電動式パワーステアリングシステムの異常検出制御装置。
2. 前記アシストモータの付加トルクを検出する第２の検出手段は、
   前記アシストモータに直列に接続された比例ソレノイドから構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリングシステムの異常検出制御装置。

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