JP3793830B2 - 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。
【０００３】
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。
【０００４】
こ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。
【０００５】
出願人は、特願平９−３２３０２号において、これらの問題を解決した基本発明を開示している。この発明の目的は、操舵トルク及びアシストトルクを機械的変位量に変換し、これらを直接比較し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ものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した発明には、操舵トルク及びアシストトルクの機械的変位量を効率よく比較スイッチに伝達する手段、及びこれら機械的変位量を簡単な構成で比較するとともに全体を小形に構成するという新たな問題があった。
出願人は鋭意研究の結果、本願発明を完成したのである。
【０００７】
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の機械的変位量を効率よく比較スイッチに伝達し、これら機械的変位量を簡単な構成で比較するとともに比較スイッチを小形化し得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を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本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する入力トルク検出装置２０と、
ハウジング３１に固定されコイル３６が巻装されたアクチュエータ３４及び該ハウジング３１に回動可能に設けられアクチュエータ３４の外周部に配置された磁石３９からなり入力トルク検出装置２０の検出信号に対応したアシストモータ１０の付加トルクを検出する比例ソレノイド３０と、
ケース５１に取着され入力トルク検出装置２０の出力に応じて変位する変位レバー５３及び一対の電極７０，８０並びに比例ソレノイド３０の出力に応じて変位するブラシ８９から構成され操舵トルクと付加トルクとの関係が所定の範囲にあるときは通電状態に形成され、所定の範囲を越えたとき断電状態に切り換わる比較スイッチ５０と
を備え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、
比較スイッチ５０の変位レバー５３、一対の電極７０，８０、及びブラシ８９をケース５１の中心に対して同心状に回動可能に構成するとともに、このケース５１の一方の端面を入力トルク検出装置２０に取付け、この比較スイッチ５０の他方の端面に比例ソレノイド３０を同心状に取付けるとともに比較スイッチ５０のブラシ８９を比例ソレノイド３０の磁石３９に絶縁物を介して固定したところに特徴を有し、
一対の電極７０，８０と比例ソレノイド３０が同心状に作動し、比例ソレノイド３０の移動量がブラシ８９に伝達されるので、一対の電極７０，８０の移動量とブラシ８９を直接比較することができるので、精度が向上し、しかも構成が簡単になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例につき図面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１７，図１８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。
【００１０】
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は、モータ軸１１にウォームギヤー１２が連結されており、これに噛み合うウォームホィール１３と、ウォームホィール１３と一体化された図示しないピニオンを介してアシストトルクがラック５に伝達される。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。尚、本実施例においてはウォームギヤーを使った減速装置を用いているが、これに限定されるものではなく下足装置であれば、どのような構成のものを用いても良い。
【００１１】
つぎに、操舵トルクを検出するトーションバー方式の入力トルク検出装置２０について図１９，図２０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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。入力トルク検出装置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。
【００１４】
つぎに、アシストモータ１０の付加トルクを検出する比例ソレノイド３０について図１〜図５を参照して説明する。
ハウジング３１は有底円筒状をなしており、中心部に取着した球軸受３２にローターシャフト３３が回動可能に取着されている。アクチュエータ３４は、コアー３５の４箇の磁極にそれぞれコイル３６を巻回して構成されており、中心部に圧入されたステータパイプ３７をローターシャフト３３に挿入して、ハウジング３１に固定されている。コイル３６は、両端部がハウジング３１の端子台３８に取付けられており、アシストモータ１０に直列に接続されている。
【００１５】
永久磁石３９は、有底円筒状のヨーク４０の内周部に取付けられている。ローターシャフト３３の下端部にはヨーク４０の中心部が固着されていて、これにより永久磁石３９がアクチュエータ３４の外周部に回動可能に配置されている。ヨーク４０の底面には長孔４１が形成されており、これにアクチュエータ３４から突設されたピン４２が挿入されて、ヨーク４０の回動角度を規制している。
【００１６】
ローターシャフト３３の上端部は、ハウジング３１からアクチュエータ３４の反対側に突出しており、ここに渦巻ばね４３の中心部が固定されている。また、渦巻ばね４３の外周自由端部は、固定枠４４を介してハウジング３１に固定されている。この固定枠４４をハウジング３１に固定する位置は、渦巻ばね４３に沿って任意に変えることができ（図５に二点鎖線で示す）、これにより、渦巻ばね４３の有効長さが変化するので、渦巻ばね４３のばね定数が調節できるようになっている。
【００１７】
尚、渦巻ばね４３を覆うように、カバー４５がハウジング３１に取付けられている。
また、ヨーク４０の外底部には絶縁板４６を介して後述する比較スイッチ５０のブラシ８９が取付けられている。
【００１８】
つぎに比較スイッチ５０について図６及び図７をも参照して説明する。
ケース５１は、円筒状をなしており、中央の両側面部に取付片５２が設けられ、この取付片５２の上下にそれぞれ円筒部５１ａ，５１ｂが、また、中心部に軸受部５１ｃが形成されている。
変位レバー５３は、レバー軸５４と、円筒部５１ｂ内においてレバー軸５４の端部に固着された円板５５と、円板５５の周縁部に突設されたピン５６とから構成されている。
この変位レバー５３は、レバー軸５４が軸受部５１ｃに嵌合して、ケース５１に回動可能に取着されている。
【００１９】
ばね５７は、ケース５１と変位レバー５３との間に介装されて、変位レバー５３を一方向に付勢し、比較スイッチ５０が入力トルク検出装置２０に取付けられた作動時においてピン５６をスリーブ２３の溝２８に隙間なく圧接している。
また、円筒部５１ａ内に位置してレバー軸５４の中間部に駆動円板５８が固着されており、これの端部に駆動レバー５９が取付けられている。
尚、ケース５１の縁部には端子台６０が取着されており、これの両端面部がストッパ６１となっている。
【００２０】
ケース５１には、端子台６０を挟んで両側に対をなす第１の電極７０及び第２の電極８０が配設されている。
第１の電極７０は、ステアリングホイール１が一方向例えば右方向に操作されたとき駆動レバー５９により図７における時計方向へ駆動される。また、第２の電極８０は、ステアリングホイール１が他方向例えば左方向に操作されたとき反時計方向へ駆動される。
以下これらについて説明する。
【００２１】
第１の電極７０は、第１のホルダー７１と、この第１のホルダー７１の上面に固定された絶縁板製の第１の接点基板７２とから構成され、この第１の接点基板７２の表面にＺ字状の第１の接点７３が面一状態に配設されている。
第１の接点７３は、内周部の円弧状の接点７３ａが短く、外周部の円弧状の接点７３ｂは長く形成され、両者は連結片７３ｃにより連結されている。
【００２２】
この第１のホルダー７１は、扇形状をなしており、中心部に嵌合筒部７１ａが突設され、この嵌合筒部７１ａがレバー軸５４に嵌合している。この第１のホルダー７１には、同心円状に径大の大リブ７１ｂ及び径小の小リブ７１ｃが突設されており、この間に第１の接点基板７２が円周方向に移動可能に挿入されている。そして、この第１の接点基板７２は、第１の接点７３の位置を所望に調節した後、２個の長孔７４に挿入されたねじ７５により第１のホルダー７１に固定される。
【００２３】
尚、位置調整の目安となるように、第１のホルダー７１には１本の基準線７６ａが刻まれ、第１の接点基板７２には、基準線７６ａに対応して複数本の目盛り線７６ｂが刻印されている。
この第１の電極７０は、レバー軸５４に挿入されたばね７７により中心方向に付勢されて、外周縁部の当接部７８がストッパ６１に当接している。
【００２４】
第２の電極８０は、第２のホルダー８１と、この第２のホルダー８１の上面に固定された絶縁板製の第２の接点基板８２とから構成され、この第２の接点基板８２の表面にＺ字状の第２の接点８３が面一状態に配設されている。
この第２の接点８３は、第１の接点７３と同様に、内周部の円弧状の接点８３ａが短く、外周部の円弧状の接点８３ｂは長く形成され、両者は連結片８３ｃにより連結されている。
【００２５】
この第２のホルダー８１は、第１のホルダー７１と対称な扇形状をなしており、中心部に突設された嵌合筒部８１ａが第１のホルダー７１の嵌合筒部７１ａの外周部に嵌合している。また、嵌合筒部８１ａの上端に形成した凹部８１ｄに第１のホルダー７１の中心部７１ｄを収容している。
【００２６】
この第２のホルダー８１にも、同心円状に径大の大リブ８１ｂ及び径小の小リブ８１ｃが突設されており、この間に第２の接点基板８２が円周方向に移動可能に挿入されている。そして、この第２の接点基板８２は、第２の接点８３を所望の位置に調節した後、２個の長孔８４に挿入されたねじ８５により第２のホルダー８１に固定される。尚、第２のホルダー８１及び第２の接点基板８２には第１の電極７０と同様に位置調整の目安となる基準線８６ａ及び目盛り線８６ｂが刻印されている。
【００２７】
この第２の電極８０は、中心においては、嵌合筒部８１ａに挿入されたばね８７により中心方向に付勢されて外周縁部の当接部８８がストッパ６１に当接している。
【００２８】
また、第１の電極７０の当接部７８と第２の電極８０の当接部８８間には、駆動レバー５９が両側部を接するように挿入されている。
【００２９】
端子台６０には２本の接触片６２が取付けられ、これの先端部はそれぞれ第１の接点７３の内側の接点７３ａ及び第２の接点８３の内側の接点８３ａに接触している。
【００３０】
ブラシ８９は、比例ソレノイド３０のヨーク４０の外底部に、絶縁板４６を介して取付けられている。これは、基部の両端から突出した接触片８９ａを備えており、接触片８９ａの端部はそれぞれ第１の接点７３の外側の接点７３ｂ及び第２の接点８３の外側の接点８３ｂに接触している。
端子台６０には図２に示す２本の引出し線６３が接続されており、ブラシ８９及び接触片６２が接点７３及び接点８３に接触している間は通電状態を呈し、離反したときに断電状態に切り替わる。
【００３１】
この比較スイッチ５０は、変位レバー５３のピン５６を入力トルク検出装置２０のスリーブ２３の溝２８に挿入して、ケース５１の取付片５２を入力トルク検出装置２０に固定される。
つぎに、ケース５１の他面部の周縁部に、比例ソレノイド３０のハウジング３１を嵌合して、ブラシ８９を接点７３ｂ及び接点８３ｂに接触させ、ハウジング３１をケース５１に図示しないねじにより固定する。
これにより比例ソレノイド３０が比較スイッチ５０に対して同心状態に組立てられる。
【００３２】
ここで、操舵トルクによる入力トルク検出装置２０の検出量（第１及び第２の電極７０，８０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８９の移動量）との関係は、図９に示す制御線Ｃに沿って制御される。この際、図９において、後述するように、ｑｒｓｔｑ’ｒ’ｓ’ｔ’で囲まれた制御許容範囲は、正常時は第１の電極７０の接点７３，第２１の電極８０の接点８３がブラシ８９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８９が第１の電極７０の接点７３または第２１の電極８０の接点８３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。
【００３３】
つぎに、比較スイッチ５０の作用に関して図８〜図１４を参照して説明する。
ステアリングホイール１が右方向に操作されたとき、第１の電極７０の接点７３が図７における時計回り方向へ移動され、左方向に操作されたとき第２１の電極８０の接点８３が反時計回り方向へ移動される。その作用は同じであるので、ステアリングホイール１が右方向に操作された場合を例にして説明する。
【００３４】
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８のＳＴＥＰ１０）は、図９におけるＯ点（制御許容範囲）に相当し、図１０に示すように、第１の電極７０の接点７３及び第２１の電極８０の接点８３にブラシ８９が接触して、通電状態にある。
【００３５】
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Ｃに沿って移動する）場合（ＳＴＥＰ１１）
図８におけるＨ点に相当し、第１の電極７０の接点７３及びブラシ８９が図１０に示す関係を維持しながら移動する。また、ブラシ８９は第２１の電極８０の接点８３上を移動するが、通電状態は維持される（図１１）。
そして、更にブラシ８９が移動して図９に示すＪ点に達すると、図１２に示すように第１の電極７０の接点７３を超えて（ＳＴＥＰ１２）電源は断電状態に切り替わる。
【００３６】
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）
ブラシ８９が第１の電極７０の接点７３よりも早く進行する。ブラシ８９がｑ’ｔ線に達するまでは通電状態にある（図１１）。そして、ブラシ８９がｑ’ｔ線を超えると｛図９に示すＫ点（フェールエリア）｝、ブラシ８９は第１の電極７０の接点７３を通過して絶縁基板上に移動して、電源が断電状態となり、故障を検出する（図１２）。
【００３７】
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）
第１の電極７０の接点７３がブラシ８９よりも早く進行する。ブラシ８９がｓｒ線に達するまでは通電状態にある（図１１）。そして、ブラシ８９がｓｒ線を超えると｛図９に示すＬ点（フェールエリア）｝、ブラシ８９または接触片６２が第１の電極７０の接点７３を通過して絶縁基板上に移動して、電源が断電状態となり、故障を検出する（図１３）。
【００３８】
５，アシストトルクが逆方向に作用した場合（ＳＴＥＰ１４、図１４）
ブラシ８９が反対方向に移動するので、ブラシ８９がｑｒ線に達するまでは通電状態にある。そして、ブラシ８９がｑｒ線を超えると｛図９に示すＭ点（フェールエリア）｝、ブラシ８９は第２１の電極８０の接点８３を通過して絶縁基板上に移動して、電源が断電状態となり、故障を検出する。
【００３９】
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１５を参照して説明する。
イグニッションスイッチ９１をオンにすると、エンジンスタータ連動リレーの接点９２がオンされて、直流電源９３が回路に接続される。エンジンスタータ接点９２にはリレーコイル９４が直列に接続されており、エンジンスタータ連動リレーの接点９２がオフになってもその接点９５及び接点９６が自己保持される。接点９５は、比較スイッチ５０及びリレーコイル９４に直列に接続されており、また、接点９６はアシストモータ１０及び比例ソレノイド３０に直列に接続されている。尚、リレー９４と並列にコンデンサ９７が接続されている。又、接点９２は接点９５と並列に接続されていても良い。
【００４０】
つぎに、図１６において、ステアリングホイール１を操作すると、入力トルク検出装置２０が操舵トルクを検出し、また、比例ソレノイド３０がアシストトルクを検出する。そして、両者を比較スイッチ５０で比較して（図１６のＳＴＥＰ２０）、その関係が制御許容範囲であれば、比較スイッチ５０が通電状態を保持し（ＳＴＥＰ２４）、パワーアシストが継続される。
【００４１】
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、比較スイッチ５０が故障を検出して断電状態となり、リレー９４がオフとなるので（ＳＴＥＰ２１）、その接点９５及び接点９６も同時にオフとなる。
これにより、モータ１０が断電されて（ＳＴＥＰ２２）、アシストトルクは零となり、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）。
【００４２】
尚、本実施例においては、急ハンドルや振動等により比較スイッチ５０が瞬間的に断電状態となっても、コンデンサ９７の容量に応じた時間だけ接点９５及び接点９６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。
【００４３】
【発明の効果】
本発明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は、アシストモータの付加トルクを検出する比例ソレノイドと、入力トルク検出装置の出力に応じて変位する変位レバー及び一対の電極並びに比例ソレノイドの出力に応じて変位するブラシから構成された比較スイッチとを同心状にして入力トルク検出装置に取着したので、一対の電極と比例ソレノイドに取着したブラシとを直接比較することができるので、制御範囲の精度が向上し、しかも構成が簡単にできるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一部を破断して示す比較スイッチ及び比例ソレノイドの斜視図である。
【図２】 比較スイッチ及び比例ソレノイドの縦断正面図である。
【図３】 比較スイッチ及び比例ソレノイドの分解図である。
【図４】 比例ソレノイドのアクチュエータと磁石の関係を示す平面図である。
【図５】 比例ソレノイドのカバーを取除いた平面図である。
【図６】 第１及び第２の電極の分解斜視図である。
【図７】 第１及び第２の電極の平面図である。
【図８】 比較スイッチの制御形態を示すフローチャートである。
【図９】 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】 比較スイッチの機械的変位の第１の状態を示す図である。
【図１１】 比較スイッチの機械的変位の第２の状態を示す図である。
【図１２】 比較スイッチの機械的変位の第３の状態を示す図である。
【図１３】 比較スイッチの機械的変位の第４の状態を示す図である。
【図１４】 比較スイッチの機械的変位の第５の状態を示す図である。
【図１５】 制御回路図である。
【図１６】 制御を示すフローチャートである。
【図１７】 システムを説明するブロック図である。
【図１８】 要部の縦断正面図である。
【図１９】 入力トルク検出装置の縦断正面図である。
【図２０】 入力トルク検出装置のスリーブの正面図である。
【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
２０ 入力トルク検出装置
３０ 比例ソレノイド
３１ ハウジング
３３ ローターシャフト
３４ アクチュエータ
３５ コアー
３６ コイル
３８ 端子台
３９ 磁石
４０ ヨーク
５０ 比較スイッチ
５１ ケース
５３ 変位レバー
７０ 第１の電極
７３ 接点
８０ 第２の電極
８３ 接点
８９ ブラシ

Claims (1)

1. ステアリングホイールの操舵トルクを検出する入力トルク検出装置と、
   ハウジングに固定されコイルが巻装されたアクチュエータ及び該ハウジングに回動可能に設けられアクチュエータの外周部に配置された磁石からなり前記入力トルク検出装置の検出信号に対応したアシストモータの付加トルクを検出する比例ソレノイドと、
   ケースに取着され前記入力トルク検出装置の出力に応じて変位する変位レバー及び一対の電極並びに比例ソレノイドの出力に応じて変位するブラシから構成され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通電状態に形成され、所定の範囲を越えたとき断電状態に切り換わる比較スイッチと
   を備え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、
   前記比較スイッチの変位レバー、一対の電極、及びブラシをケースの中心に対して同心状に回動可能に構成するとともに、このケースの一方の端面を前記入力トルク検出装置に取付け、この比較スイッチの他方の端面に前記比例ソレノイドを同心状に取付けるとともに前記比較スイッチのブラシを前記比例ソレノイドの磁石に絶縁物を介して固定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。

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