JP3743872B2 - 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。
また、縁石等に接触して操舵トルクが大きくなった場合には、広い範囲でアシストトルクを付加することが有効であり、パワーステアリングの制御許容範囲の範囲を拡大することが要望されている。
【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、制御許容範囲を拡大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であって、
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、前記第１及び第２の電極４２，４３がブラシ４４と接触する位置は、中立位置において各電極が当接するストッパ側が広く、反対側が狭く設定されいる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１０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１１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１２，図１３をも参照して説明する。
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がその軸方向へ所定量例えば寸法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８を参照して説明する。
Ｉ／Ｏスイッチ４０は、絶縁基板４１の中央部に貼付けられた第１の電極４２と、この第１の電極４２に対して対向配置され絶縁基板４１の中央部に貼付けられた第２の電極４３と、これら一対の電極４２，４３に対して摺動可能に接触するブラシ４４とから構成されており、一対の電極４２，４３は、レバー４５が図１３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】
また、Ｉ／Ｏスイッチ４０には、一対の電極４２，４３が図１に示す一方向である矢印Ａ方向へ移動したとき、第１の電極４２に当接してその変位を阻止する第１のストッパ４６と、一対の電極４２，４３が図に示す他方向である矢印Ｂ方向へ移動したとき、第２の電極４３に当接してその変位を阻止する第２のストッパ４７が設けられている。また、電極４２，４３とレバー４５との間にはばね４８が挿入されている。
ブラシ４４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４９を介して移動される。
【００１６】
尚、ブラシ４４が電極４２，４３に接触する位置は、操舵トルクが加えられていない中立状態において、第１の電極４２にあっては第１のストッパ４６側の電極４２ａが広く、反対側の電極４２ｂが狭く設定され、第２の電極４３にあっては、第２のストッパ４７側の電極４３ａが広く、反対側の電極４３ｂが狭く設定されている。
【００１７】
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４２，４３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４４の移動量）との関係は、図８に示す制御線３１に沿って制御される。この際、図８において、後述するように、ｐｑｒｓｔｐ’ｑ’ｒ’ｓ’ｔ’で囲まれた制御許容範囲は、正常時は第１の電極４２，第２の電極４３がブラシ４４を介して接触して電源ラインが通電状態にあり正常状態で稼働されることを示し、制御許容範囲を越えた斜線部分では、ブラシ４４が一対の電極４２，４３から逸脱して電源ラインが断電状態に切換わり、異常範囲（フェールエリア）となることを示すものである。
【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１〜図８を参照して説明する。一対の電極４２，４３が矢印Ａ方向へ移動した場合も矢印Ｂ方向に移動したときも、その作用は同じであるので、矢印Ａ方向へ移動する場合を例にして説明する。
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７のＳＴＥＰ１０）は、図８におけるＯ点（制御許容範囲）に相当し、図１に示すように、一対の電極４２，４３にブラシ４４が接触して、電源は通電状態にある。
【００１９】
２，操舵トルクとアシストトルクが正常関係にある（制御線３１に沿って移動する）場合（ＳＴＥＰ１１）
一対の電極４２，４３及びブラシ４４が図１に示す関係を維持して移動する。第１の電極４２が第１のストッパ４６に当接すると（図８のＨ点、図２）、第１の電極４２の移動が停止する。第２の電極４３及びブラシ４４は引続き所定の関係を維持して移動して、通電状態は維持される。
【００２０】
そして、更にブラシ４４が移動して、図３に示すように電極４２ａの幅に相当する距離を越えると（図８に示すＪ点、ＳＴＥＰ１２）電源は断電状態に切り替わる。
ところで、Ｈ点における制御許容範囲の幅寸法Ｈ1は、第２の電極４３の幅寸法４３ａに対応して増減し、制御許容範囲の幅寸法Ｈ2は、第２の電極４３の幅寸法４３ａに対応して変化させることができる。
【００２１】
３，操舵トルクよりもアシストトルクが大き過ぎる場合（ＳＴＥＰ１３、図４）
ブラシ４４が第２の電極４３よりも早く進行するので、図８に示すＫ点（フェールエリア）に達すると、ブラシ４４は第２の電極４３を通過して絶縁基板４１上に移動して、電源が断電状態となり、故障を検出する。
【００２２】
４，操舵トルクよりもアシストトルクが小さ過ぎる場合（ＳＴＥＰ１３、図５及び図６）
第１の電極４２が第１のストッパ４６に当接するときにブラシ４４が第１の電極４２に接触していれば、第１の電極４２が停止するので、ブラシ４４は引続き電極４２ａの幅に相当する距離を移動する間通電状態が維持され（図８のＬ1点，Ｌ2点、図５）、電極４２ａから外れたとき即ち図８に示す「ｒｓｔ」線を越えたとき電源は断電状態に切り替わる。
また、第１の電極４２が第１のストッパ４６に当接する前にブラシ４４が第１の電極４２から外れると（Ｍ1点、図６）、そのとき電源が断電状態となる。
【００２３】
５，アシストトルクが逆方向に作用した場合（ＳＴＥＰ１４、図６）
ブラシ４４が反対方向に移動するので、図８に示すＭ2点（フェールエリア）に位置する。ブラシ４４は絶縁基板４１上に移動して電源が断電状態となる。
【００２４】
尚、上記実施例中で、第１の電極４２と第１のストッパ４６との間の距離及び第２の電極４３と第２のストッパ４７との間の距離を０に設定すれば、そのフエールセーフの範囲は、図９に示すように変化する。
【００２５】
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１４，１５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。
【００２６】
つぎに、図１５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１５のＳＴＥＰ２０）、その関係が制御許容範囲であれば、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。
【００２７】
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が遮断される。そして、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）。
【００２８】
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、誤フェールの発生が未然に防止できる。
【００２９】
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、対向する一対の電極４２，４３及びブラシ４４とで構成し、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、一対の電極４２，４３にそれぞれストッパ４６，４７を設けたので、パワーステアリングの制御許容範囲を広く設定することができる。
（４）一対の電極４２，４３とブラシ４４との機械的変位を直接比較するので、電極の寸法、ストッパ４６，４７の位置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。
【００３０】
【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、比較手段の電極にストッパを設けたので、電極の大きさ及びストッパの位置を選択することにより、パワーアシストの範囲を容易に拡大することができるという優れた効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 比較手段の機械的変位の第１の状態を示す図である。
【図２】 比較手段の機械的変位の第２の状態を示す図である。
【図３】 比較手段の機械的変位の第３の状態を示す図である。
【図４】 比較手段の機械的変位の第４の状態を示す図である。
【図５】 比較手段の機械的変位の第５の状態を示す図である。
【図６】 比較手段の機械的変位の第６の状態を示す図である。
【図７】 比較手段の制御形態を示すフローチャートである。
【図８】 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９】 電極及びストッパの寸法を変更した場合の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１０】 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１１】 第１の実施例における要部の縦断正面図である。
【図１２】 第１の検出装置の縦断正面図である。
【図１３】 第１の検出装置のスリーブの正面図である。
【図１４】 第１の実施例における制御回路図である。
【図１５】 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。
【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）
４２ 第１の電極
４３ 第２の電極
４４ ブラシ

Claims (2)

1. ステアリングホイールの操舵トルクを検出する第１の検出手段と、この検出信号に応じて付加された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、一対の電極及びブラシから構成され前記第１の検出手段の検出信号と第２の検出手段の検出信号を比較する比較手段とを備え、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にあるときは該比較手段を通電状態に形成してアシストモータのトルクを前記操舵トルクに付加し、所定の範囲を越えたとき比較手段を断電状態に切り換えて前記付加トルクを零にするように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であって、
   前記比較手段を、
   互いに対向して配置され第１の検出手段の検出信号に応じて変位する第１及び第２の電極と、
   これら第１及び第２の電極に対して摺動可能に接触し第２の検出手段の検出信号に応じて変位するブラシと、
   前記第１及び第２の電極が一方向に所定の距離変位したとき第１の電極のみの変位を阻止する第１のストッパ及び前記第１及び第２の電極が他方向に所定の距離変位したとき第２の電極のみの変位を阻止する第２のストッパと
   から構成し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. 前記第１及び第２の電極がブラシと接触する位置は、中立位置において各電極が当接するストッパ側が広く、反対側が狭く設定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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