JP4020013B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第１電動モータおよび第２電動モータを備えた車両用操舵装置に関する。このような車両用操舵装置は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に基づいて、この操作部材に対して機械的な結合を持たない舵取り機構を駆動して舵取り車輪を転舵させる構成（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）を有していてもよく、操作部材と舵取り機構とが機械的に連結され、舵取り機構に対して操作部材による操舵力を補助するための操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置としての構成を有していてもよい。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
【０００３】
このような構成を採用することにより、車両の走行状況などに応じて、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比（ギヤ比）を自由に変更することができ、車両の運動性能の向上を図ることができる。また、上記のような構成には、衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるという利点や、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増すという利点もある。
このような、ステア・バイ・ワイヤ・システムにおいて、舵取り車輪に結合された転舵軸に駆動力を与えるための第１および第２の電動モータを備え、個々の電動モータの小型化を図ったり、一方の電動モータに故障が生じたときでも他方の電動モータの駆動力によって舵取り機構の駆動を可能としたりすることが提案されている（たとえば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２１８０００号公報
【特許文献２】
特許第２６９８９１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常時において第１および第２の電動モータを駆動し、両方の電動モータからの駆動力を転舵軸に与えて操舵を達成する構成の場合、一方の電動モータが故障して停止状態に至ると、他方の正常な電動モータのみで転舵軸が駆動されることになり、この正常な電動モータに対する負荷が大きくなる。この場合、停止状態となった電動モータは負荷となるので、操舵性能を低下させるおそれがある。したがって、いずれかの電動モータの駆動に支障を来すような故障が生じた場合には、このことを確実に検出する必要がある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、第１電動モータおよび第２電動モータのいずれかの駆動に支障を来す故障を確実に検出することができる車両用操舵装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、舵取り機構（１０）に操舵のための駆動力を与える第１電動モータ（５１Ｍ）と、上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第２電動モータ（５１Ｓ）と、電源（１００）からの電流が第１給電線（１０１）を通って供給され、上記第１電動モータに第１モータ給電線（９１）を介して駆動電流を供給する第１駆動制御手段（Ｕ１）と、上記電源からの電流が第２給電線（１０２）を通って供給され、上記第２電動モータに第２モータ給電線（９２）を介して駆動電流を供給する第２駆動制御手段（Ｕ２）と、上記第１給電線に流れる電流および上記第１モータ給電線に流れる電流のうちの少なくともいずれか一方を検出し、検出信号を上記第１駆動制御手段および上記第２駆動制御手段に共通に入力する第１電流検出手段（Ｃ１，Ｃ１１）と、上記第２給電線に流れる電流および上記第２モータ給電線に流れる電流のうちの少なくともいずれか一方を検出し、検出信号を上記第１駆動制御手段および上記第２駆動制御手段に共通に入力する第２電流検出手段（Ｃ２，Ｃ１２）と、を備え、上記第１および第２駆動制御手段は、上記第１および第２電動モータにほぼ等しい駆動電流を供給するように動作するものであり、上記第１駆動制御手段および上記第２駆動制御手段の各々が、上記第１電流検出手段から入力される検出信号に対応する駆動電流と、上記第２電流検出手段から入力される検出信号に対応する駆動電流との偏差を求める駆動電流偏差演算手段（Ｕ１，Ｕ２，Ｓ２）と、この駆動電流偏差演算手段によって演算される駆動電流の偏差が所定のしきい値以上であるときに、異常が発生していると判定する異常判定手段（Ｕ１，Ｕ２，Ｓ３）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００８】
上記の構成によれば、第１電動モータと第２電動モータとの駆動電流の偏差が所定のしきい値を超えると、異常発生の判定がされるので、第１および第２電動モータのいずれかの駆動に支障を来す故障を確実に検出できる。
上記第１および第２駆動制御手段は、上記第１および第２電動モータにほぼ等しい駆動電流を供給するように動作するものである。すなわち、第１および第２電動モータの両方が駆動されて、これらの電動モータから舵取り機構に操舵のための駆動力が与えられるようになっている。
【００１０】
上記駆動電流偏差演算手段は、第１給電線を通って第１駆動制御手段に供給される電流と、上記第２給電線を通って第２駆動制御手段に供給される電流との偏差を求めるものであってもよい。また、上記駆動電流偏差演算手段は、上記第１モータ給電線を通って第１電動モータに供給される電流と、上記第２モータ給電線を通って第２電動モータに供給される電流との偏差を求めるものであってもよい。
【００１１】
第１給電線、第２給電線、第１モータ給電線および第２モータ給電線を通る電流の大きさは、これらの給電線にそれぞれ電流検出手段（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１１，Ｃ１２）を配置することによって検出することができる。また、第１モータ給電線を通る電流は、第１給電線に流れる電流を検出する電流検出手段の検出結果に基づいて算出することができ、逆に、第１給電線に流れる電流は、第１モータ給電線を流れる電流を検出する電流検出手段の検出結果に基づいて算出することができる。同様に、第２モータ給電線に流れる電流は、第２給電線に流れる電流を検出する電流検出手段の検出結果に基づいて算出することができ、第２給電線に流れる電流は、第２モータ給電線に流れる電流を検出する電流検出手段の検出結果に基づいて算出することができる。
【００１２】
そこで、この発明では、第１給電線に流れる電流および第１モータ給電線に流れる電流のうちの少なくともいずれか一方を検出する第１電流検出手段（Ｃ１，Ｃ１１）と、第２給電線に流れる電流および第２モータ給電線に流れる電流のうちの少なくともいずれか一方を検出する第２電流検出手段（Ｃ２，Ｃ１２）を設けることによって、第１電動モータの駆動電流と第２電動モータの駆動電流との偏差を演算することができるようになっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、一対の舵取り車輪（通常は前輪）Ｗ，Ｗに舵取り動作を行わせるための舵取り機構１０と、この舵取り機構１０に対して機械的な結合のない状態で設けられたステアリングホイール３０とを備えている。
【００１４】
この車両用操舵装置は、舵取り機構１０を駆動するための操舵駆動系が、二重系とされている。第１の操舵駆動系は、第１電動モータ５１Ｍと、この第１電動モータ５１Ｍの回転角を検出するための第１回転角センサ５２Ｍとを含む。一方、第２の操舵駆動系は、第２電動モータ５１Ｓと、この第２電動モータ５１Ｓの回転角を検出するための第２回転角センサ５２Ｓとを含む。第１電動モータ５１Ｍおよび第２電動モータ５１Ｓは、たとえば、いずれも三相ブラシレスモータで構成されている。
【００１５】
舵取り機構１０は、車体の左右方向に延びて配置された転舵軸１１と、この転舵軸１１の両端部にタイロッド１２，１２を介して結合され、舵取り車輪Ｗ，Ｗを支持するナックルアーム１３，１３とを有している。転舵軸１１は、ハウジング１４に支承されて軸方向に摺動可能にされており、その途中部に、第１電動モータ５１Ｍおよび第２電動モータ５１Ｓが同軸的に組み込まれている。
この構成により、第１電動モータ５１Ｍおよび第２電動モータ５１Ｓが駆動されると、第１電動モータ５１Ｍおよび第２電動モータ５１Ｓの回転が、ボールねじなどからなる運動変換機構によって転舵軸１１の摺動に変換され、この転舵軸１１の摺動により舵取り車輪Ｗ，Ｗの転舵が達成される。
【００１６】
ステアリングホイール３０には、このステアリングホイール３０に対して路面反力に相当する反力を付与するための反力アクチュエータ４０が結合されている。
反力アクチュエータ４０は、ステアリングホイール３０に結合されたシャフト２３を回転軸とする電動モータ（たとえば、三相ブラシレスモータ）で構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。反力アクチュエータ４０には、ステアリングホイール３０から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ４１と、ステアリングホイール３０の操作角を検出するための操作角センサ４２とが付設されている。
第１電動モータ５１Ｍは、第１電子制御ユニット（ＥＣＵ）Ｕ１に接続されており、第２電動モータ５１Ｓは、第２電子制御ユニットＵ２に接続されている。したがって、第１電動モータ５１Ｍは、第１電子制御ユニットＵ１によって駆動制御され、第２電動モータ５１Ｓは、第２電子制御ユニットＵ２によって駆動制御される。より具体的には、第１電動モータ５１Ｍおよび第２電動モータ５１Ｓは、それぞれ第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に内蔵された駆動回路から、第１モータ給電線９１および第２モータ給電線９２を介して駆動電流の供給を受ける。
【００１７】
反力アクチュエータ４０は、反力用電子制御ユニットＵ３によって駆動制御されるようになっていて、反力用電子制御ユニットＵ３に内蔵された駆動回路から駆動電流が、第３モータ給電線９３を介して供給されるようになっている。
車載バッテリ１００からの電力は、第１給電線１０１、第２給電線１０２および第３給電線１０３を介して、それぞれ、第１電子制御ユニットＵ１、第２電子制御ユニットＵ２および反力用電子制御ユニットＵ３に供給されるようになっている。
【００１８】
第１給電線１０１および第２給電線１０２には、これらに流れる電流をそれぞれ検出するための電流センサＣ１，Ｃ２がそれぞれ設けられている。電流センサＣ１の検出信号は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力されている。同様に、電流センサＣ２の検出信号は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力されている。
トルクセンサ４１および操作角センサ４２の検出信号は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２ならびに反力用電子制御ユニットＵ３に共通に入力されるようになっている。さらに、第１回転角センサ５２Ｍの検出信号は第１電子制御ユニットＵ１に入力され、第２回転角センサ５２Ｓの検出信号は、第２電子制御ユニットＵ２に入力されるようになっている。また、転舵軸１１に関連して、この転舵軸１１の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ１５が設けられており、この転舵位置センサ１５の検出信号は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力されるようになっている。さらに、車速を検出するための車速センサ７０の検出信号が、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力されるようになっている。この車速センサ７０は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。
【００１９】
第１電子制御ユニットＵ１は、トルクセンサ４１、操作角センサ４２および転舵位置センサ１５の出力に基づいて、運転者によるステアリングホイール３０の操作に応じた駆動電流を出力する。このとき、第１電子制御ユニットＵ１は、第１回転角センサ５２Ｍの出力信号に基づき、第１電動モータ５１Ｍの回転角に応じた適切な駆動電流を出力する。
第２電子制御ユニットＵ２も同様に、トルクセンサ４１、操作角センサ４２および転舵位置センサ１５の出力に基づいて、運転者によるステアリングホイール３０の操作に応じた駆動電流を出力する。このとき、第２電子制御ユニットＵ２は、第２回転角センサ５２Ｓの出力信号に基づき、第２電動モータ５１Ｓの回転角に応じた適切な駆動電流を出力する。
【００２０】
このようにして、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓをほぼ等しく駆動し、これらの２つの電動モータ５１Ｍ，５１Ｓが発生する駆動力が転舵軸１１に伝達される。
このとき、反力用電子制御ユニットＵ３は、トルクセンサ４１によって検出される操作トルクおよび操作角センサ４２によって検出される操作角に基づいて反力アクチュエータ４０を制御して、ステアリングホイール３０に操舵反力を付与する。これにより、運転者は、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に連結された従来からの車両用操舵装置の場合と同様な路面反力を感じながら、良好なフィーリングで操舵を行うことができる。
【００２１】
図２は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２においてそれぞれ実行される故障検出処理を説明するためのフローチャートである。第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、それぞれ、電流センサＣ１，Ｃ２の検出信号を読み込み（ステップＳ１）、これらの電流センサＣ１，Ｃ２によって検出された電流値の偏差を求める（ステップＳ２）。第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２によって読み込まれる電流は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２から第１および第２モータ給電線９１，９２を介して第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓにそれぞれ供給される駆動電流に対応しているので、電流センサＣ１，Ｃ２によって検出された電流値の偏差は、結局、第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓの駆動電流の偏差に対応する。
【００２２】
次に、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、上記求められた電流値の偏差を所定のしきい値と比較する（ステップＳ３）。電流値の偏差が当該しきい値を超えていれば、第１、第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれか一方の動作に支障を来す故障が生じているものとして、異常が発生していると判定して、フェールフラグを立てる（ステップＳ４）。
【００２３】
第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２のいずれか一方に異常が生じた場合でも、正常な方の電子制御ユニットによって図２に示された処理が実行されるから、故障の発生を確実に検出することができる。
電流センサＣ１，Ｃ２の検出信号を用いる代わりに、図１に示すように、第１および第２モータ給電線９１，９２に流れる電流を検出する電流センサＣ１１，Ｃ１２を設けてそれらの検出信号を第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力するようにしてもよい。すなわち、これらの電流センサＣ１１，Ｃ１２によって第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓの駆動電流を検出し、この検出された駆動電流の偏差を第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２において求めるようにしてもよい。そして、求められた駆動電流の偏差が所定のしきい値を超えたときに、異常が発生しているものと判定して、フェールフラグを立てればよい。
【００２４】
また、上述のように、第１給電線１０１に流れる電流と第１モータ給電線９１に流れる電流とには対応関係があり、同様に、第２給電線１０２に流れる電流と第２モータ給電線９２に流れる電流とには対応関係があるから、電流センサＣ１，Ｃ１２の組み合わせを用いたり、電流センサＣ１１，Ｃ２の組み合わせを用いたりしてもよい。すなわち、たとえば、電流センサＣ１の検出信号に基づいて第１電動モータ５１Ｍの駆動電流を求め、この駆動電流と電流センサＣ１２によって検出される第２電動モータ５１Ｓの駆動電流との偏差を求めればよい。この偏差が所定のしきい値を超えている場合に、異常が発生しているものと判定してフェールフラグを立てればよい。
【００２５】
第１モータ給電線９１および第２モータ給電線９２に過電流検出用の電流センサがそれぞれ設けられている場合には、この電流センサを上記の電流センサＣ１１，Ｃ１２として用いてもよい。
また、第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓが三相ブラシレスモータの場合には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうち、Ｕ相およびＶ相の２相に関して、第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓに流れ込む電流をそれぞれ検出し、各相の駆動電流の偏差を求め、いずれか一相に関する偏差が所定のしきい値を超えていること、または２相に関する偏差がいずれも所定のしきい値を超えていることを条件として、異常が発生しているものと判定し、フェールフラグを立てるようにしてもよい。
【００２６】
図３は、転舵軸１１上に同軸的に設けた第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓによって転舵軸１１に駆動力を付与するための具体的な構成を説明するための図解的な断面図である。
第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓは、たとえばブラシレスモータのような電動モータからなっていて、転舵軸１１の軸方向に対向して隣接し、かつそれぞれ転舵軸１１を同軸的に取り囲んで配置されている。
【００２７】
第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓは、それぞれ、ハウジング１４の内周に固定された円筒状のステータ７２，７３と、ハウジング１４に対応する軸受け８６，８７；８８，８９を介して回転自在に支持され、対応するステータ７２，７３内に挿通されたロータ７６，７７とを備えている。ステータ７２，７３の一部には、複数の励磁相のコイル（図示せず）が巻回されており、ロータ７６，７７の外周には、ステータ７２，７３に対向するように、円筒状の駆動用磁石が設けられている。駆動用磁石は、円周方向にＮ極とＳ極とを交互に形成するように磁化されている。
【００２８】
また、第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓに付設された回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓは、それぞれレゾルバからなっていて、ロータ７６，７７の回転位置（回転角）をそれぞれ検出する。回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓは、ハウジング１４に固定されたステータ部８３と、対応するロータ７６，７７に固定され、ロータ７６，７７と一体回転するロータ部８４とを備えている。ステータ部８３には、ロータ部８４の回転位置に応じて所定の電圧が誘起されるので、この電圧を測定することによって、ロータ部８４の回転位置、すなわちロータ７６，７７の回転位置（位相）を検出できる。
【００２９】
各回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓから出力されるロータ７６，７７の回転位置（位相）に基づいて、第１、第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、第１、第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓのステータ７２，７３の回転方向に分割されたコイル（図示せず）の励磁相に順次電流を供給する。これにより、第１、第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓが回転力を発生する。
第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓの間には、回転運動を直線運動に変換するための運動変換機構としてのボールねじ機構８０が配置されている。ボールねじ機構８０は、転舵軸１１の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット８１を備えている。ボールナット８１は、転舵軸１１の途中部に形成されたボールねじ溝１１ａにボール８５を介して螺合している。
【００３０】
第１および第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓのロータ７６，７７の相対向する端部にボールナット８１の両端部がそれぞれ圧入固定されており、ロータ７６，７７の両端部は、軸受け８６，８７，８８，８９を介してハウジング１４に回転自在に支持されている。
このような構成により、ロータ７６，７７が回転駆動されると、この回転運動が、ボールねじ機構８０によって、転舵軸１１の直線運動に変換され、この転舵軸１１の両端に結合されている舵取り車輪Ｗ，Ｗが転舵されることになる。
【００３１】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、ステアリングホイール３０と舵取り機構１０との間に機械的な結合のないステア・バイ・ワイヤ・システムを例にとったが、この発明は、転舵軸１１上にラックを設け、このラックと噛合するピニオンにステアリングシャフトを結合することによって、ステアリングホイール３０と舵取り機構１０とを機械的に結合し、ステアリングホイール３０に加えられる操舵力を補助するための操舵補助力を第１、第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓによって転舵軸１１に付与する構成の電動パワーステアリング装置に対しても適用可能である。
【００３２】
また、第１および第２電動モータは、転舵軸１１上に設けられる必要はなく、たとえば、転舵軸１１上にラックを設け、一方の電動モータによって、ラックに噛合するピニオンを駆動する構成としてもよい。また、上述のような構成の電動パワーステアリング装置の場合に、一方の電動モータの駆動力をステアリングシャフトに付与する構成としてもよい。
また、上述の実施形態では、操作部材としてステアリングホイール３０が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーなどの他の操作部材が用いられてもよい。
【００３３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】第１および第２電子制御ユニットによる故障検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】第１および第２電動モータによって転舵軸に駆動力を付与するための具体的な構成例を説明するための図解的な断面図である。
【符号の説明】
１０ 舵取り機構
１１ 転舵軸
１４ ハウジング
１５ 転舵位置センサ
３０ ステアリングホイール
４０ 反力アクチュエータ
４１ トルクセンサ
４２ 操作角センサ
５１Ｍ 第１電動モータ
５１Ｓ 第２電動モータ
５２Ｍ 第１回転角センサ
５２Ｓ 第２回転角センサ
７０ 車速センサ
８０ ボールねじ機構
８１ ボールナット
８３ ステータ部
８４ ロータ部
８５ ボール
８６〜８９ 軸受け
９１ 第１モータ給電線
９２ 第２モータ給電線
１００ 車載バッテリ
１０１ 第１給電線
１０２ 第２給電線
Ｃ１ 電流センサ
Ｃ２ 電流センサ
Ｃ１１ 電流センサ
Ｃ１２ 電流センサ
Ｕ１ 第１電子制御ユニット
Ｕ２ 第２電子制御ユニット
Ｕ３ 反力用電子制御ユニット
Ｗ 舵取り車輪

Claims (1)

1. 舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第１電動モータと、
   上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第２電動モータと、
   電源からの電流が第１給電線を通って供給され、上記第１電動モータに第１モータ給電線を介して駆動電流を供給する第１駆動制御手段と、
   上記電源からの電流が第２給電線を通って供給され、上記第２電動モータに第２モータ給電線を介して駆動電流を供給する第２駆動制御手段と、
   上記第１給電線に流れる電流および上記第１モータ給電線に流れる電流のうちの少なくともいずれか一方を検出し、検出信号を上記第１駆動制御手段および上記第２駆動制御手段に共通に入力する第１電流検出手段と、
   上記第２給電線に流れる電流および上記第２モータ給電線に流れる電流のうちの少なくともいずれか一方を検出し、検出信号を上記第１駆動制御手段および上記第２駆動制御手段に共通に入力する第２電流検出手段と、を備え、
   上記第１および第２駆動制御手段は、上記第１および第２電動モータにほぼ等しい駆動電流を供給するように動作するものであり、
   上記第１駆動制御手段および上記第２駆動制御手段の各々が、
   上記第１電流検出手段から入力される検出信号に対応する駆動電流と、上記第２電流検出手段から入力される検出信号に対応する駆動電流との偏差を求める駆動電流偏差演算手段と、
   この駆動電流偏差演算手段によって演算される駆動電流の偏差が所定のしきい値以上であるときに、異常が発生していると判定する異常判定手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。

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