JP4188786B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータでポンプを駆動することで操舵アシストするパワーステアリング装置に関する。

従来、パワーステアリング装置にあっては、操舵トルクを検出するトルクセンサの出力に基づき電動モータを駆動してオイルポンプを駆動し、ピストンで区切られたパワーシリンダの２室の一方の室の油圧を高めることで操舵アシストする技術が知られている。ここで、運転者の操舵によって左右のシリンダ室に差圧が生じているときに、ポンプの異常等によりポンプが停止すると、シリンダ室の圧力差が大きいときは、ステアリングがロックしてしまう。そこで、２室のパワーシリンダ室を連通するバイパス回路と、このバイパス回路の連通・非連通状態を切換可能なフェールセーフ用の電磁弁を設けた技術が特許文献１に開示されている。

この技術では、パワーステアリング装置に何らかの異常が発生したときは、電磁弁を連通状態とし、左右のパワーシリンダ室の差圧を解消することで、運転者の操舵によるノンアシスト操舵（以下、マニュアルステアと記載する）を可能としている。
特開２００２−１４５０８７号公報（図１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の電動油圧パワーステアリング装置にあっては、下記に示す問題があった。すなわち、電磁弁は、電源供給が不能に陥った場合に、確実に運転者の操舵によるマニュアルステアを実現することを目的としている。よって、ノーマルオープン弁を使用しており、電磁弁への電源供給が遮断されて始めて左右のパワーシリンダ室の差圧を解消（すなわちノンパワーアシスト）することができる。

電磁弁に電源を供給している電源供給回路上には、ON・OFFを切換可能なリレーが設けられており、異常が発生したときは、リレーをOFFとすることで電磁弁を開いた状態とすることができる。このとき、電磁弁の通電回路が電源に天絡するような場合、電磁弁への電源供給を遮断することができなくなり、運転者のマニュアルステアを達成できない虞があった。

本発明は、上述の問題点に着目してなされたもので、故障時等に、フェールセーフ用の電磁弁への電源供給を確実に遮断することで、パワーシリンダ室の差圧を解消し、運転者のマニュアルステアを達成可能なパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため本願発明では、電磁弁への通電回路上であって、電磁弁と電源との間に第１リレーを設け、電磁弁と接地との間に第２リレーを設けた。また、故障時に、前記第１リレーは前記電磁弁と前記電源との接続を遮断するとともに、前記第２リレーは前記電磁弁と前記接地との接続を遮断することとした。これにより、電磁弁が天絡した場合であっても、第２リレーにより確実にOFF状態を確保することが可能となり、故障時等にパワーシリンダ室の差圧を確実に解消し、運転者のマニュアルステアを確保することができる。

以下、本発明のパワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１におけるパワーステアリング装置の全体構成を表すシステム図である。まず、構成について説明する。パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１、ステアリングシャフト２、ラックアンドピニオン式ギア機構３、運転者の操舵力をアシストするパワーステアリング機構５、電動モータ６ａにより駆動する外接ギア型のオイルポンプ６、操舵輪７、運転者にステアリング系に故障が発生したことを報知する警告灯８、ステアリングコントロールユニット１０（以下、SBWCUと記載する）から構成されている。

パワーステアリング機構５の油圧源であるオイルポンプ６は、パワーシリンダ５ａの第１シリンダ室５１及び第２シリンダ室５２を連通する油圧管６１に設けられている。運転者がステアリングホイール１を操作すると、操作方向に応じて電動モータ６ａの回転方向が切り換えられ、第１シリンダ室５１と第２シリンダ室５２との間の油を給排することで運転者の操舵力をアシストする。具体的には、図中ステアリング１を右に操舵すると、第２シリンダ室５２から第１シリンダ室５１に油圧が供給される方向に電動モータ６ａが駆動することでアシストする。

油圧管６１には、第１シリンダ室５１と第２シリンダ室５２とを、オイルポンプ６を介すことなく連通するバイパス回路６２が設けられている。このバイパス回路６２上には、コントロールユニット１０からの指令信号に基づいて作動する電子制御式の電磁弁４が設けられている。

この電磁弁４は、コントロールユニット１０からの指令信号により電圧が供給されると閉じた状態となり、電圧の供給がない状態では開いた状態となるノーマルオープン弁を用いている。これにより、ステアリング系に何らかの異常が発生し、電源の供給をシャットダウンした場合であっても、第１シリンダ室５１と第２シリンダ室５２を連通状態とすることが可能となり、アシストトルク無しの通常の操舵（マニュアルステア）を確保することができる。

また、ステアリングシャフト２には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。

コントロールユニット１０には、トルクセンサ１２からの操舵トルク信号、イグニッションスイッチ１３からのIGN信号、エンジン回転数センサ１４からのエンジン回転数信号、車速センサ１５からの車速信号が入力される。これら入力された信号に基づいて、オイルポンプ６の電動モータ６ａ、電磁弁４及び警告灯８へ指令信号を出力する。

図２はコントロールユニット１０内の構成を表すブロック図である。電源回路１０１は、バッテリ１１からの電圧信号、及びイグニッションスイッチ１３からのIGN信号が入力され、メインマイコン１０７と信号を送受信する。

エンジン回転数処理回路１０２は、エンジン回転数センサ１４からのエンジン回転数信号をメインマイコン１０７へ出力する。トルクセンサ処理回路１０３は、トルクセンサ１２からのトルク信号をメインマイコン１０７に出力すると共に、サブマイコン１０８へ出力する。車速信号処理回路１０４は、車速センサ１５からの車速信号をメインマイコン１０７へ出力する。診断回路１０５は、コネクタ１６を介して入力される診断信号をメインマイコンに出力する。CAN通信回路１０６は、車両系CANによって送信される信号をメインマイコン１０７に出力する。

サブマイコン１０８は、メインマイコン１０７を監視する。メインマイコン１０７にフェールが発生したときは、フェールセーフリレー１０９，第１リレー１１６及びウォーニングランプ駆動回路１１７へ制御信号を出力可能に構成されている。

フェールセーフリレー１０９は、何らかのフェールが発生したときは、モータ駆動用の電源供給を遮断する。EEPROM１１０は、制御に必要な各種データを格納すると共に、データを更新可能な構成となっている。フェールセーフリレー診断入力回路１１１は、フェールセーフリレー１０９の作動診断信号をメインマイコン１０７へ出力する。モータ駆動回路１１２は、メインマイコン１０７からの指令信号に基づいて電動モータ６ａへ電圧を供給する。電流モニタ回路１１３は、電動モータ６ａの電流値を検出し、メインマイコン１０７へ出力する。モータ端子電圧回路１１４は、電動モータ６ａの端子電圧をメインマイコン１０７へ出力する。モータ回転信号処理回路１１５は、電動モータ６ａの回転数をメインマイコン１０７へ出力する。

第１リレー１１６は半導体リレーから構成され、メインマイコン１０７もしくはサブマイコン１０８からの指令信号に基づいて、電磁弁４に対し駆動信号を出力する。ウォーニングランプ駆動回路１１７は、メインマイコン１０７もしくはサブマイコン１０８からの指令信号に基づいて、警告灯８に対し指令信号を出力する。

このように、第１リレー１１６として、スイッチング速度の速い半導体リレーを用いることとした。よって、電磁弁４を、フェールセーフ用以外にも利用することができる。例えば、運転者の素早いステアリング切り返し動作時に、電磁弁４をPWM制御等によって所望の連通量を確保し、第１シリンダ室５１及び第２シリンダ室５２の差圧を素早く解消するといった制御にも適用できる。

第２リレー１１８は、リレー駆動回路１１８ａとメカニカルリレー１１８ｂから構成され、メインマイコン１０７もしくはサブマイコン１０８からの指令信号に基づいて、電磁弁４の接地状態を切り換える。メカニカルリレー１１８ｂがONのときは、電源供給によって電磁弁４が駆動し、メカニカルリレー１１８ｂがOFFのときは、電源供給状態に係わらず電磁弁４は駆動しない。すなわち、電磁弁４への電源供給回路上に電源ラインが天絡したとしても、確実に電磁弁への電源供給を遮断する。

このように、第２リレー１１８として、メカニカルリレーを用いることとした。すなわち、第１リレー１１６（半導体リレー）とは異なる構成のメカニカルリレーを設けることで、同じ原因による故障を防止することが可能となり、どちらか一方のリレーの作動を確保することができる。特に、メカニカルリレーは耐久性に優れているため、より故障を防止することができる。尚、第２リレー１１８として半導体リレーを設け、この半導体リレーを第１リレー１１６とは異なる容量を持つリレーとすることで、同じ原因による故障を防止してもよい。

ここで、電磁弁４の上流側と下流側の両方にリレーを設けた理由について説明する。図２は回路基板の構成を表す概略図である。図２に示すように、回路基板上には電源系回路（フェールセーフリレー１０９やモータ駆動回路１１２に接続される回路）と、フェールセーフバルブ制御系回路（第１リレー１１６等）とが共存しているため、異物(金属くずの混入や半田付け不良等)が両者を橋絡し、天絡してしまう虞がある。特に、基板上の回路は金属面が露出しているため、この点についての対策を十分に施す必要がある。

また、基本的にパワーステアリングユニットは、車両搭載時に電源系と電磁弁制御系のハーネス同士が一緒に束ねられる。このとき、近年、車両のコンパクト化が進み、非常にスペース的に厳しい箇所にパワーステアリングユニットを搭載することになる。両者のハーネスはビニルコーティングされているため、両者の間でショートサーキットが発生するという可能性は低いものの、その点も考慮してリレーを２つ設けている。

（フェールセーフ制御）
次に、パワーステアリング装置のフェールセーフ制御について説明する。図３はフェールセーフ制御を表すフローチャートである。

ステップ２０１では、システムに異常が発生したかどうかを判断し、異常発生時はステップ２０７へ進み、それ以外はステップ２０２へ進む。

ステップ２０２では、フェールセーフバルブ４の上流駆動回路である第１リレー１１６を駆動する。

ステップ２０３では、電磁弁４の下流駆動回路である第２リレー１１８を駆動する。

ステップ２０４では、電磁弁４を閉じる。

ステップ２０５では、警告灯８が点灯しているときは消灯指令を出力し、消灯しているときはその状態を維持する。

ステップ２０６では、トルクセンサ値に基づいて電動モータ６ａへ回転指令を出力する。

ステップ２０７では、電磁弁４の上流駆動回路である第１リレー１１６を遮断する。

ステップ２０８では、電磁弁４の下流駆動回路である第２リレー１１８を遮断する。

ステップ２０９では、フェールセーフバルブ４を開く。

ステップ２１０では、警告灯８に点灯指令を出力する。

ステップ２１１では、電動モータ６ａへの電源を遮断する。

以上説明したように、実施例１のパワーステアリング装置にあっては、電磁弁への電源供給線上であって、電磁弁と電源との間に第１リレー１１６を設け、電磁弁と接地との間に第２リレー１１８を設けたこととした。これにより、第１リレー１１６と電磁弁４の間で電源が天絡し、第１リレー１１６の遮断によっても電磁弁４への電源供給を遮断できない状況が発生したとしても、第２リレー１１８によって接地を遮断することができる。よって、電磁弁４への電源供給を確実に遮断することが可能となり、フェール発生時に運転者のマニュアルステアを確保することができる。

更に、上記実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記第１リレーと前記第２リレーを、異なる容量、もしくは異なる形式のリレーとしたことを特徴とするパワーステアリング装置。

よって、同じ原因による故障によって同時に作動不良に陥るといったことがなく、確実に電磁弁への電源供給を遮断することができる。

（ロ）請求項１または上記（イ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記第１リレーを半導体リレーとし、前記第２リレーをメカニカルリレーとしたことを特徴とするパワーステアリング装置。

第１リレーを半導体リレーとすることで、電磁弁をPWM制御等によりフェールセーフ以外の目的で使用することができる。また、第２リレーをメカニカルリレーとすることで、耐久性が向上するため、確実に電磁弁への電源供給を遮断することができる。

（ハ）請求項１または上記（イ）または上記（ロ）に記載のパワーステアリング装置において、
１つの回路基板上に、前記電動機制御手段及び前記第１，第２リレーを設け、

前記電動機制御手段及び前記第１，第２リレーを、前記回路基板の同一側面に配置しつつ、電源供給ラインを前記同一側面から配索することを特徴とするパワーステアリング装置。

回路基板の同一側面に駆動指令を出力する駆動回路等を配置し、電源供給ラインを同一側面から配策することで、回路基板の構成をコンパクトにしつつ、電源供給ラインを束ね易くすることが可能となり、車両搭載性の向上を図ることができる。また、このように電動機への電源供給ラインと、電磁弁への電源供給ラインが近接し、天絡したとしても、第１リレー及び第２リレーによって、確実に電磁弁への電源供給を遮断することができる。

本発明の実施の形態におけるパワーステアリング装置の全体構成を表す概略図である。 実施の形態における制御回路を表すブロック図である。 実施の形態におけるフェールセーフ制御を表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
２ ステアリングシャフト
３ ギア機構
４ 電磁弁
５ パワーステアリング機構
５１，５２ パワーシリンダ室
６ オイルポンプ
６ａ 電動モータ
７ 操舵輪
８ ウォーニングランプ
１０ コントロールユニット（SBWCU）
１１ バッテリ
１２ 操舵トルクセンサ
１３ IGNスイッチ
１４ エンジン回転数センサ
１５ 車速センサ
１０７ メインマイコン
１０８ サブマイコン
１１６ 第１リレー
１１８ 第２リレー

Claims (3)

1. 操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
   前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し第１及び第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、
   前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、
   前記操舵輪に与えるべき必要操舵補助力を検出する必要操舵補助力検出手段と、
   前記必要操舵補助力検出手段によって検出された必要操舵補助力に基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、
   前記第１及び第２通路を連通するように設けられた連通路と、
   前記連通路に設けられ、通電時には該連通路を遮断し、電源の遮断時には連通路を連通するように設けられた電磁弁と、
   前記電磁弁の通電回路上であって、前記電磁弁と電源との間に設けられた第１リレーと、前記電磁弁と接地との間に設けられた第２リレーと
   を有し、
   故障時に、前記第１リレーは前記電磁弁と前記電源との接続を遮断するとともに、前記第２リレーは前記電磁弁と前記接地との接続を遮断すること
   を特徴とするパワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
   前記第１リレーと前記第２リレーを、異なる容量、もしくは異なる形式のリレーとしたこと
   を特徴とするパワーステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
   前記第１リレーを半導体リレーとし、前記第２リレーをメカニカルリレーとしたこと
   を特徴とするパワーステアリング装置。

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