JP4222358B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者の操舵トルクを電動モータにより助勢しつつ操舵伝達機構を介して車輪に伝達するパワーステアリング装置に係り、より詳細には、操舵伝達機構への周辺部品の衝突を検出する衝突検出機能を備えたパワーステアリング装置に関する。

従来から、車両のハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、該トルクセンサの検出信号に応じて操舵補助駆動を行うモータと、該モータを作動させるモータ駆動回路と、該モータ駆動回路への給電・非給電を切り換える給電切換手段と、前記モータ駆動回路を作動状態にするとき前記給電切換手段を給電状態とし、前記トルクセンサの検出した操舵トルクの大きさに応じて前記モータ駆動回路によるモータ駆動を制御する制御回路とを具備したパワーステアリング装置において、前記車両に対する衝撃を検出する衝撃検出手段を設け、該衝撃検出手段からの検出信号に基づいて前記制御回路により当該車両の衝突か否かを判定し、衝突と判定したときは前記モータの駆動を停止すると共に前記給電切換手段を非給電状態にすることを特徴とするパワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−７２００７号公報

しかしながら、上述の従来技術のような、車両に対する衝撃を検出する衝撃検出手段は、エアバック等の乗員保護装置の起動判定用に用いられる加速度センサであり、操舵伝達機構に作用する加速度を直接的に検出するセンサでないため、操舵伝達機構への周辺部品の衝突を確実に検出することができないという問題点がある。

そこで、操舵伝達機構への周辺部品の衝突を高い精度で検出することができる衝突検出手段を備えるパワーステアリング装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、運転者の操舵トルクを電動モータにより助勢しつつ操舵伝達機構を介して車輪に伝達するパワーステアリング装置において、
操舵伝達機構を構成する回転部材の回転角を検出する角度検出手段と、
前記検出された回転角に基づいて、回転部材の回転角速度を算出する回転角速度算出手段と、
前記算出された回転角速度に基づいて、操舵伝達機構を構成するラックハウジング又はトーションバー周辺部への周辺部品の衝突を検出する衝突検出手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係るパワーステアリング装置において、
前記角度検出手段は、ラックバーの軸方向の移動を助勢する電動モータの回転角を検出する回転角センサであることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明に係るパワーステアリング装置において、
前記角度検出手段は、トーションバーを介して接続された操舵入力軸と出力軸の間の回転角度の差に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサであることを特徴とする。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係るパワーステアリング装置において、
前記衝突検出手段は、ラックハウジング又はトーションバー周辺部への周辺部品の衝突を、車輪からの逆入力により操舵伝達機構に発生する振動と判別して検出することを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明に係るパワーステアリング装置において、
回転角速度算出手段から出力される回転角速度信号の変化パターン及び／又は周波数特性に基づいて、周辺部品の衝突による操舵伝達機構の振動と、車輪からの逆入力による操舵伝達機構の振動とが判別されることを特徴とする。

第６の発明は、第４の発明に係るパワーステアリング装置において、
操舵トルクを検出するトルクセンサの出力信号を用いて、周辺部品の衝突による操舵伝達機構の振動と、車輪からの逆入力による操舵伝達機構の振動とが判別されることを特徴とする。

第７の発明は、第４の発明に係るパワーステアリング装置において、
トーションバーを介して接続された操舵入力軸と出力軸にそれぞれ設けられる一対の回転角センサのそれぞれの出力信号の差分を用いて、周辺部品の衝突による操舵伝達機構の振動と、車輪からの逆入力による操舵伝達機構の振動とが判別されることを特徴とする。

本発明によれば、操舵伝達機構への周辺部品の衝突を高い精度で検出することができる衝突検出手段を備えるパワーステアリング装置を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

先ず、図１及び図２、図３を参照して、パワーステアリング装置の基本構成について概説する。

図１は、本発明によるパワーステアリング装置１０の一実施例を概略的に示すシステム構成図である。パワーステアリング装置１０は、運転者の操舵トルクを電動モータ（アシストモータ）４０により助勢しつつ車輪に伝達する。概説すると、運転者の操舵トルクは、運転者がステアリングホイール１２を回転操作することで付与され、これにより、ステアリングシャフト１４が回転する。このステアリングシャフト１４の回転は、ラック＆ピニオン結合を介して、ラックバー３０（図２参照）の直線運動に変換される。このラックバー３０の直線運動により、タイロッド３２の直線運動を介して車輪の転舵が実現される。

コントローラ５０は、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータとして構成されている。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム等が格納されている。コントローラ５０には、CAN（controller area network）などの適切なバスを介して、車速センサ等の各種情報提供デバイスが接続されている。コントローラ５０は、操舵トルク及び車速に基づいて、アシストモータ４０に供給するアシスト電流値を決定する。典型的には、運転者による操舵トルクの増加に応じて助勢力（アシスト力）が大きくなるようにアシスト電流値が決定され、車速が大きい場合は小さい場合より助勢力が小さくようにアシスト電流値が決定される。

図２は、ラック＆ピニオン結合部付近のパワーステアリング装置１０の断面を示す。ステアリングシャフト１４（入力軸）の下端は、トーションバー１６を介してピニオンシャフト１８（出力軸）に接続される。ステアリングシャフト１４の回転とピニオンシャフト１８の回転は、トーションバー１６の捻れを伴う回転を介して連動している。即ち、ステアリングシャフト１４が回転すると、トーションバー１６が捻れ、その捻れ分だけ、ステアリングシャフト１４とピニオンシャフト１８との間に一時的に回転角度差が生ずる。

ステアリングシャフト１４とピニオンシャフト１８には、それぞれの回転角度を検出する一対の回転角センサ２０ａ，２０ｂが設けられる。回転角センサ２０ａ，２０ｂは、レゾルバ（resolver）センサを用いた回転角センサや、ホール素子を用いた回転角センサ（磁束の変化に基づくホールＩＣ式センサ）であってよい。運転者の操舵トルク、即ち、ステアリングシャフト１４に付与された操舵トルクは、２個の回転角センサ２０ａ，２０ｂで検出される角度の相対的な差に応じて演算される。このように、回転角センサ２０ａ，２０ｂは、２個で協働して、ステアリングシャフト１４に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサを構成する。

図３は、アシストモータ４０設置付近のパワーステアリング装置１０の断面を示す。アシストモータ４０は、ギアボックスの主ハウジング３４に固定されるステータ７４と筒状のロータ７６とを含む。ロータ７６は、磁石部を有するものであり、主ハウジング３４に複数のベアリング７８を介して相対回転可能かつ軸方向相対移動不能に支持される。シャフト（雄ねじ部）８６は、ラックバー３０の一部に形成され、ボールねじナット（雌ねじ部）８４に対して複数のボールを介して相対回転可能に噛合される。ボールねじナット８４は、ロータ７６に同軸に相対回転不能に取り付けられる。ロータ７６が回転すると、ボールねじナット８４が回転し、これにより、シャフト８６が軸方向移動に移動される。このように、アシストモータ４０の回転により、ラックバー３０の直線移動が発生し、運転者による操舵トルクが助勢される。

アシストモータ４０は、直流ブラシレスモータであり、図１に示すように、直流電源としてのバッテリ９０に駆動回路９４を介して接続される。アシストモータ４０のアシスト電流値は、ロータ７６の回転角度を検出する回転角センサ６０の出力信号に基づいて、コントローラ５０によりフィードバック制御される。

回転角センサ６０は、回転角センサ２０ａ，２０ｂと同様、レゾルバセンサを用いた回転角センサや、ホール素子を用いた回転角センサであってよい。例えば、レゾルバセンサの場合、R/D（レゾルバ／デジタル）コンバータが、ロータ７６の回転により発生するアナログの2相信号からロータ７６の回転角や回転速度（回転角速度）を演算してデジタル信号に変換し、コントローラ５０に対して出力する。

パワーステアリング装置１０は、サスペンションメンバにブッシュ等を介して締結される。パワーステアリング装置１０の主要ギア部（図２、図３参照）は、典型的にはエンジンコンパートメント内に配設され、従って、その周辺には、エンジンやトランスミッション等の周辺部品が配置される。従って、衝突時のような大きな衝撃力が車両に作用すると、パワーステアリング装置１０に周辺部品が衝突し、主要ギア部の機能が損なわれる虞がある。

これに対して、衝突検知用の加速度センサ（フロアトンネルに設置されたフロアセンサや車両前部左右に設置されるサテライトセンサ）を用いて、パワーステアリング装置１０に周辺部品が衝突するような所定基準以上の衝撃値が検出された場合に、一律に、パワーステアリング装置１０の作動に制限を加えるアプローチがある。しかしながら、このアプローチでは、パワーステアリング装置１０（特に主要ギア部）に作用する衝撃値を直接的に検出しているわけではないので、実際にはパワーステアリング装置１０に周辺部品が衝突していない制限不要の場合であっても、パワーステアリング装置１０の作動に制限を加えてしまうという不都合が生じうる。

これに対して、本発明では、以下で詳説する如く、上述のパワーステアリング装置１０のアシスト制御用に既に設定されている回転角センサ６０、回転角センサ２０ａ，２０ｂを効果的に利用して、新たなセンサを追加設定することなく、パワーステアリング装置１０（特に主要ギア部）に対する周辺部品の衝突を高精度に検出することを可能とする。以下、具体的な構成について、幾つかの実施例に分けて説明していく。

実施例１は、アシストモータ４０の回転角センサ６０を効果的に利用して、パワーステアリング装置１０（特にアシストモータ周辺部）に対する周辺部品の衝突を検出する実施例に関する。

図４は、パワーステアリング装置１０のアシストモータ周辺部（図３参照）に対する周辺部品の衝突を模式的に示す２面図であり、図４（Ａ）は、側面図であり、図４（Ｂ）は、平面図である。

図４に示す例では、図の左が車両前方であり、例えばエンジンである周辺部品が、パワーステアリング装置１０のギアボックスの背後に配置されている。パワーステアリング装置１０のギアボックスは、車両幅方向左右の２点で、例えばブッシュを介して車体フレーム（サスペンションメンバ）に連結されている。図４に示す例では、例えば車両衝突（前突）時には、重量のある周辺部品が慣性力により前方に移動し、周辺部品が、パワーステアリング装置１０に対して背後から衝突する可能性がある。

かかる周辺部品のパワーステアリング装置１０に対する衝突が発生した場合、アシストモータ４０のステータ７４（ギアボックスの主ハウジング３４）には、サスペンションメンバに対する連結点を支点とした回転を引き起こすモーメントＭが発生し（図４の矢印参照）、ステータ７４がロータ７６に対して相対的に回転する。

図５は、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突時における回転角センサ６０からの回転角速度信号ω（ロータ７６の回転角速度を表す信号ω）の時系列波形を示す図である。図５に示すように、周辺部品がパワーステアリング装置１０に衝突すると、上述のステータ７４のロータ７６に対する相対回転に起因して、回転角センサ６０からの回転角速度信号ωに大きな振幅（大きな回転角速度）が発生する。即ち、回転角センサ６０からの回転角速度信号ωの出力信号に基づいて、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突を検出可能であることが分かる。

そこで、本実施例では、コントローラ５０の衝突検出部５２(図１参照)は、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。衝突判定閾値ωａ１は、周辺部品の重量や、パワーステアリング装置１０の重心位置に対するパワーステアリング装置１０の取付位置（サスペンションメンバに対する連結点）の距離（特に、モーメントＭのモーメントアーム長）等を考慮して、計算ないし試験により適切に決定・適合される。

この際、衝突判定閾値ωａ１は、一の回転方向に対してのみ設定されてよい。これは、前突時のステータ７４のロータ７６に対する相対回転方向（モーメントＭの方向）は、パワーステアリング装置１０の重心位置に対するパワーステアリング装置１０の取付位置の関係により定まるからである。

また、衝突判定閾値ωａ１は、衝突判定時又はその直前の車速に応じて、可変とされてもよい。これは、ロータ７６の回転角速度ωのピーク値は、衝撃力、即ち周辺部品の慣性力に応じて変化するからである。

このように本実施例によれば、アシスト制御用に既に設定されている回転角センサ６０を効果的に利用して、新たなセンサを追加設定することなく、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突を高精度に検出することが可能となる。

尚、本実施例において、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断した場合、衝突検出部５２は、例えばコンビネーションメータ７０(図１参照)に警報を表示してよい。或いは、警報をスピーカー等を介して音響的に出力して運転者に対して検査・修理等を促して良く、或いは、パワーステアリング装置１０に対する給電を停止してもよい（例えば、アシストモータ４０とバッテリ９０との接続をリレー等により切断してもよい）。かかる措置は、ロータ７６の回転角速度ωの大きさに応じて可変とされてもよい。例えば、ロータ７６の回転角速度ωが衝突判定閾値ωａ１付近であった場合には、警報のみを行う一方、ロータ７６の回転角速度ωが非常に大きな値となった場合には、パワーステアリング装置１０に対する給電を停止してもよい。

実施例２は、車輪からの逆入力によるロータ７６の回転角速度の変動の可能性を適切に考慮しつつ、アシストモータ４０の回転角センサ６０を効果的に利用して、パワーステアリング装置１０（特にアシストモータ周辺部）に対する周辺部品の衝突を検出する実施例に関する。

ところで、車輪から逆入力が作用した場合、ラックバー３０の直線運動（シャフト８６の軸方向移動）が発生し、それに伴って、ボールねじナット８４を介してロータ７６が回転する。従って、かかる場合にもロータ７６の回転角速度が変動するので、かかる変動に対して、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと誤判定することを防止する必要がある。

図６は、逆入力発生時における回転角センサ６０からの回転角速度信号ω（ロータ７６の回転角速度を表す信号ω）の時系列波形を示す図である。図６に示すように、パワーステアリング装置１０に車輪から逆入力が作用すると、逆入力の方向に応じた一の方向にラックバー３０が動きながら振動する。従って、逆入力発生時のロータ７６の回転角速度の変化態様は、図６に示すように、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品衝突時の瞬時的な振動パターンに比べて、高い回転角速度を保つ振動期間が長くなる。

そこで、本実施例では、コントローラ５０の衝突検出部５２は、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた後の所定のサンプリング時間に亘るサンプリングデータに基づいて、回転角速度信号ω（回転角速度ω）の平均値を演算し、該演算した平均値が所定閾値Ｔｈｒ１より小さい場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。逆に、演算した平均値が所定閾値より大きい場合には、車輪からの逆入力に起因したロータ７６の回転角速度の変動であると判断する。尚、所定閾値Ｔｈｒ１は、計算ないし試験により適切に決定・適合される。衝突判定閾値ωａ１は、上述の実施例１と同様の態様で、決定されてよい。

このように、本実施例によれば、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突によるロータ７６の回転角速度の変動を、車輪からの逆入力によるロータ７６の回転角速度の変動と判別して、高精度に検出することが可能となる。また、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた時をトリガとして判定を行うので、判定負荷を軽減することができる。

尚、本実施例において、回転角速度信号ω（回転角速度ω）の平均値に代えて、回転角速度信号ωの時間積分値を用いてもよい。この場合、衝突検出部５２は、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた時をトリガとして、所定の積分時間（例えば所定のサンプリング時間と同一であってよい。）に亘って、回転角速度信号ωを積分する。このとき、衝突検出部５２は、当該積分値が所定の閾値を超えない場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断し、当該積分値が所定の閾値を超えた場合には、車輪からの逆入力に起因したロータ７６の回転角速度の変動であると判断する。このような構成であっても、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突によるロータ７６の回転角速度の変動を、車輪からの逆入力によるロータ７６の回転角速度の変動と判別して、高精度に検出することが可能となる。また、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた時をトリガとして判定を行うので、判定負荷を軽減することができる。

実施例３は、上述の実施例２と同様、車輪からの逆入力によるロータ７６の回転角速度の変動の可能性を適切に考慮しつつ、アシストモータ４０の回転角センサ６０を効果的に利用して、パワーステアリング装置１０（特にアシストモータ周辺部）に対する周辺部品の衝突を検出する実施例に関する。

ところで、車輪から逆入力が作用した場合、ラックバー３０の直線運動（シャフト８６の軸方向移動）が発生し、それに伴って、ロータ７６の回転角速度の変動が生じることは上述のとおりである。ここで、ロータ７６の回転角速度の変動は、衝撃による振動成分を含むが、パワーステアリング装置１０に対して周辺部品が衝突した場合には、回転角センサ６０からの回転角速度信号ωには、パワーステアリング装置１０をなす構造体の共振周波数に対応した周波数の振動成分が多く含まれるはずである。

図７（Ａ）は、パワーステアリング装置１０に対して周辺部品が衝突した場合の回転角速度信号ωの周波数スペクトルを示す図であり、図７（Ｂ）は、車輪から逆入力が作用した場合の回転角速度信号ωの周波数スペクトルを示す図である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、各場合では、それぞれ異なる周波数の振動成分が多く含まれることになる。

そこで、本実施例では、コントローラ５０の衝突検出部５２は、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた後の所定のサンプリング時間に亘るサンプリングデータに対して、ＦＦＴ変換（高速フーリエ変換）を行い、特定の第１周波数帯における回転角速度信号ωの強度（パワースペクトル）［ｄＢ］が所定閾値Ｔｈｒ２を超えた場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。この特定の第１周波数帯は、パワーステアリング装置１０の共振周波数を中心として設定されて良く、パワーステアリング装置１０の共振周波数は、計算又は実験（過渡応答試験等）により導出されてよい。

また、ＦＦＴ変換の結果、特定の第２周波数帯における回転角速度信号ωの強度が所定閾値Ｔｈｒ３を超えた場合には、衝突検出部５２は、車輪からの逆入力に起因したロータ７６の回転角速度の変動であると判断してよい。この特定の第２周波数帯及び所定閾値Ｔｈｒ３は、計算又は実験により決定・適合されてよい。

このように、本実施例によれば、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突によるロータ７６の回転角速度の変動を、車輪からの逆入力によるロータ７６の回転角速度の変動と判別して、高精度に検出することが可能となる。また、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた時をトリガとして判定を行うので、判定負荷を軽減することができる。

尚、本実施例において、同様の観点から、所定のサンプリング時間に亘ってサンプリングされた回転角速度信号ωの第１周波数帯の成分だけ抽出し、該抽出した回転角速度信号ωの最大振幅が所定の衝突判定閾値を超えるか否かを判定してもよい。衝突検出部５２は、該抽出した回転角速度信号ωの最大振幅が衝突判定閾値を超えた場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。

また、同様に、所定のサンプリング時間に亘ってサンプリングされた回転角速度信号ωの第２周波数帯の成分だけ抽出し、該抽出した回転角速度信号ωの最大振幅が所定の衝突判定閾値を超えるか否かを判定してもよい。衝突検出部５２は、該抽出した回転角速度信号ωの最大振幅が衝突判定閾値を超えた場合には、車輪からの逆入力に起因したロータ７６の回転角速度の変動であると判断する。

尚、実施例３は、上述の実施例２と相反することはなく、従って、各種判別方法を併用して(例えばＡＮＤ条件又はＯＲ条件)、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突によるロータ７６の回転角速度の変動を、車輪からの逆入力によるロータ７６の回転角速度の変動に対してより高精度に判別することも可能である。

実施例４は、トルクセンサを構成する回転角センサ２０ａ及び／又は２０ｂ（少なくともいずれか一方）を効果的に利用して、パワーステアリング装置１０（特にトーションバー周辺部）に対する周辺部品の衝突を検出する実施例に関する。尚、以下の説明からも明らかとなるが、以下の実施例４及び実施例５は、電動式のパワーステアリング装置に限定されず、トーションバーと回転角センサからなるトルクセンサを有するものであればステアリングの助勢手段は問わず、例えば油圧式のパワーステアリング装置に対しても適用可能である。

図８は、パワーステアリング装置１０のトーションバー周辺部（図２参照）に対する周辺部品の衝突を模式的に示す２面図であり、図８（Ａ）は、側面図であり、図８（Ｂ）は、平面図である。

図８に示す例では、図の左が車両前方であり、例えばエンジンである周辺部品が、パワーステアリング装置１０のギアボックスの背後に配置されている。パワーステアリング装置１０のギアボックスは、車両幅方向左右の２点で、例えばブッシュを介してサスペンションメンバに連結されている。図８に示す例では、例えば車両衝突（前突）時には、重量のある周辺部品が慣性力により前方に移動し、周辺部品が、パワーステアリング装置１０に対して背後から衝突する可能性がある。かかる周辺部品のパワーステアリング装置１０に対する衝突が発生した場合には、ステアリングシャフト１４及びピニオンシャフト１８が共に振動する。

図９は、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突時における回転角センサ２０ａ（又は２０ｂ、以下同じ）からの回転角速度信号ω（ステアリングシャフト１４の回転角速度を表す信号ω）の時系列波形を示す図である。図９に示すように、周辺部品がパワーステアリング装置１０に衝突すると、上述のステアリングシャフト１４の振動に起因して、回転角センサ２０ａからの回転角速度信号ωに大きな振幅（大きな回転角速度）が発生する。即ち、回転角センサ２０ａからの回転角速度信号ωの出力信号に基づいて、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突を検出可能であることが分かる。

そこで、本実施例では、コントローラ５０の衝突検出部５２は、ステアリングシャフト１４（又はピニオンシャフト１８、以下同じ）の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ２を超えた場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。衝突判定閾値ωａ２は、周辺部品の重量やパワーステアリング装置１０との位置関係、ステアリングシャフト１４の振動特性等を考慮して、計算ないし試験により適切に決定・適合される。

衝突判定閾値ωａ２は、衝突判定時又はその直前の車速に応じて、可変とされてもよい。これは、ステアリングシャフト１４の回転角速度ωのピーク値は、衝撃力、即ち周辺部品の慣性力に応じて変化するからである。

このように本実施例によれば、アシスト制御用に既に設定されている回転角センサ２０ａを効果的に利用して、新たなセンサを追加設定することなく、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突を高精度に検出することが可能となる。

尚、本実施例において、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断した場合、衝突検出部５２は、例えば警報等を音響的又は視覚的に出力して運転者に対して検査・修理等を促して良く、或いは、パワーステアリング装置１０に対する給電を停止してもよい（例えば、アシストモータ４０とバッテリ９０との接続をリレー等により切断してもよい）。かかる措置は、回転角センサ２０ａの回転角速度ωの大きさに応じて可変とされてもよい。例えば、回転角センサ２０ａの回転角速度ωが衝突判定閾値ωａ２付近であった場合には、警報のみを行う一方、回転角センサ２０ａの回転角速度ωが非常に大きな値となった場合には、パワーステアリング装置１０に対する給電を停止してもよい。

実施例５は、車輪からの逆入力によるロータ７６の回転角速度の変動の可能性を適切に考慮しつつ、回転角センサ２０ａ、２０ｂを効果的に利用して、パワーステアリング装置１０（特にトーションバー周辺部）に対する周辺部品の衝突を検出する実施例に関する。

ところで、車輪から逆入力が作用した場合、ラックバー３０の直線運動が発生し、それに伴って、ピニオンシャフト１８が回転し、次いでトーションバー１６を介してステアリングシャフト１４が回転しようとする。従って、かかる場合にもピニオンシャフト１８（又はステアリングシャフト１４）の回転角速度が変動するので、かかる変動に対して、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと誤判定することを防止する必要がある。

ここで、逆入力発生時には、ピニオンシャフト１８が回転し、次いでトーションバー１６を介してステアリングシャフト１４が回転しようとするため、回転角センサ２０ａからの回転角速度信号ωと、回転角センサ２０ｂからの回転角速度信号ωとの間に位相差が発生するはずである。即ち、ピニオンシャフト１８の回転角速度を表す回転角センサ２０ｂに係る回転角速度信号ωの方が、ステアリングシャフト１４の回転角速度を表す回転角センサ２０ｂに係る回転角速度信号ωよりも位相が進んでいるはずである。

これに対して、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突時には、図１０（Ａ）に示すように、回転角センサ２０ｂからの回転角速度信号ωａ及び回転角センサ２０ｂからの回転角速度信号ωｂの双方(実線及び破線)において、大きな振幅（大きな回転角速度）が発生する一方で、それらの差分を表す信号（ωａ−ωｂ）においては、図１０（Ｂ）に示すように、大きな振幅（大きな回転角速度）が発生しない。これは、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突時には、ピニオンシャフト１８及びステアリングシャフト１４が、トーションバー１６の捻りを介することなく略同相で振動するためであると考えられる。

そこで、本実施例では、コントローラ５０の衝突検出部５２は、回転角センサ２０ａからの回転角速度信号ωａ及び回転角センサ２０ｂからの回転角速度信号ωｂの双方の最大振幅が所定の衝突判定閾値ωａ２を超え、且つ、これら２つの回転角速度信号ωａ、ωｂの差分信号の振幅の絶対値｜ωａ−ωｂ｜が所定閾値Ｔｈｒ４を超えた場合には(図１０参照)、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。或いは、衝突検出部５２は、回転角速度信号ωａ及び回転角速度信号ωｂのいずれか一方の最大振幅が所定の衝突判定閾値ωａ２を超え、且つ、差分信号の振幅の絶対値｜ωａ−ωｂ｜が所定閾値Ｔｈｒ４を超えない場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断してもよい。

一方、回転角センサ２０ａからの回転角速度信号ωａ及び回転角センサ２０ｂからの回転角速度信号ωｂのいずれか一方の最大振幅が所定の衝突判定閾値ωａ２を超えた場合であっても、差分信号の振幅の絶対値｜ωａ−ωｂ｜が所定閾値Ｔｈｒ４を超えた場合には、車輪からの逆入力に起因したロータ７６の回転角速度の変動であると判断する。

このように、本実施例によれば、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突によるロータ７６の回転角速度の変動を、車輪からの逆入力によるロータ７６の回転角速度の変動と判別して、高精度に検出することが可能となる。

尚、本実施例において、回転角センサ２０ａからの回転角速度信号ωａと回転角センサ２０ｂからの回転角速度信号ωｂの差分信号（回転角速度差を表す信号）に代えて、回転角センサ２０ａからの回転角信号と回転角センサ２０ｂからの回転角信号の差分信号(回転角度差を表す信号) を用いて、同様の判別を実現することができる。例えば、回転角センサ２０ａからの回転角速度信号ωａ及び回転角センサ２０ｂからの回転角速度信号ωｂの双方の最大振幅が所定の衝突判定閾値ωａ２を超え、且つ、回転角度差の絶対値が所定閾値を超えない場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。一方、回転角速度信号ωａ及び回転角速度信号ωｂの双方の最大振幅が所定の衝突判定閾値ωａ２を超えた場合であっても、回転角度差の絶対値が所定閾値を超えた場合には、車輪からの逆入力に起因したロータ７６の回転角速度の変動であると判断することができる。

また、本実施例は、上述の実施例１に対して、実施例２又は３の観点から適用可能である。この場合、衝突検出部５２は、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超え、且つ、回転角速度差又は回転角度差が所定閾値を超えない場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。一方、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた場合であっても、回転角速度差又は回転角度差が所定閾値を超えた場合には、車輪からの逆入力に起因したロータ７６の回転角速度の変動であると判断することができる。

同様の観点から、他のセンシング方式のトルクセンサが用いられる場合(例えば特開2003-237597号公報に開示される方式のトルクセンサ)であっても、回転角センサ２０ａからの回転角速度信号ωａと回転角センサ２０ｂからの回転角速度信号ωｂの差分信号に代えて、トルクセンサが検出する操舵トルク(又はトーションバーのねじりトルク)を用いて、同様の判別を実現することができる。例えば、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超え、且つ、トルクセンサが検出するトルクが所定閾値を超えない場合には、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突が発生したと判断する。一方、ロータ７６の回転角速度ωが所定の衝突判定閾値ωａ１を超えた場合であっても、トルクセンサが検出するトルクが所定閾値を超えた場合には、車輪からの逆入力に起因したロータ７６の回転角速度の変動であると判断することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例は、ラック＆ピニオン方式を採用するパワーステアリング装置１０に関するものであるが、本発明は、他の運動変換機構（例えばボールナット式）を採用する構成に対しても適用可能である。

また、上述では、アシスト機構に関連する構成を主として説明しているが、パワーステアリング装置１０は、他の機能・機構（例えばギアレシオ可変機構）を備えていてもよい。

また、上述した実施例では、エンジン等の周辺部品が、パワーステアリング装置１０のギアボックスの背後に配置されている例を扱っているが、本発明は、エンジン等の周辺部品がパワーステアリング装置１０のギアボックスの前方に配置される構成に対しても適用可能である。かかる場合であっても、パワーステアリング装置１０の背後には車両衝突時等に前方移動する周辺部品が存在しうるためであり、また、後突の場合には、エンジン等の周辺部品がパワーステアリング装置１０に対して車両前方から衝突しうるからである。

また、上述では、アシストモータ４０がラックバー３０の軸方向の移動を助勢するように構成されているが、本発明は、アシストモータがピニオンシャフト１８の回転を助勢するタイプのパワーステアリング装置に対しても適用可能である。

本発明によるパワーステアリング装置１０の一実施例を概略的に示すシステム構成図である。 パワーステアリング装置１０のラック＆ピニオン結合部周辺の断面図である。 パワーステアリング装置１０のアシストモータ周辺部の断面図である。 パワーステアリング装置１０のアシストモータ周辺部に対する周辺部品の衝突を模式的に示す２面図である。 パワーステアリング装置１０に対する周辺部品衝突時における回転角センサ６０からの回転角速度信号の出力波形を示す図である。 逆入力発生時における回転角センサ６０からの回転角速度信号ω（ロータ７６の回転角速度を表す信号ω）の時系列波形を示す図である。 図７（Ａ）は、パワーステアリング装置１０に対して周辺部品が衝突した場合の回転角速度信号ωの周波数スペクトルを示す図であり、図７（Ｂ）は、車輪から逆入力が作用した場合の回転角速度信号ωの周波数スペクトルを示す図である。 パワーステアリング装置１０のトーションバー周辺部（図２参照）に対する周辺部品の衝突を模式的に示す２面図である。 パワーステアリング装置１０に対する周辺部品の衝突時における回転角センサ２０ａからの回転角速度信号の出力波形を示す図である。 図１０（Ａ）は、パワーステアリング装置１０に対する周辺部品衝突時における回転角センサ２０ａ、２０ｂからの回転角速度信号ωａ、ωｂの出力波形を示す図であり、図１０（Ｂ）は、回転角速度信号ωａ、ωｂの差分を表す信号の出力波形を示す図である。

符号の説明

１０ パワーステアリング装置
１４ ステアリングシャフト
１６ トーションバー
１８ ピニオンシャフト
２０ａ、２０ｂ 回転角センサ
３０ ラックバー
４０ アシストモータ
５０ コントローラ
５２ 衝突検出部
６０ 回転角センサ
９０ バッテリ
９４ 駆動回路

Claims (7)

1. 運転者の操舵トルクを電動モータにより助勢しつつ操舵伝達機構を介して車輪に伝達するパワーステアリング装置において、
   操舵伝達機構を構成する回転部材の回転角を検出する角度検出手段と、
   前記検出された回転角に基づいて、回転部材の回転角速度を算出する回転角速度算出手段と、
   前記算出された回転角速度に基づいて、操舵伝達機構を構成するラックハウジング又はトーションバー周辺部への周辺部品の衝突を検出する衝突検出手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記角度検出手段は、ラックバーの軸方向の移動を助勢する電動モータの回転角を検出する回転角センサである、請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 前記角度検出手段は、トーションバーを介して接続された操舵入力軸と出力軸の間の回転角度の差に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサである、請求項１に記載のパワーステアリング装置。
4. 前記衝突検出手段は、ラックハウジング又はトーションバー周辺部への周辺部品の衝突を、車輪からの逆入力により操舵伝達機構に発生する振動と判別して検出する、請求項１〜３のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
5. 回転角速度算出手段から出力される回転角速度信号の変化パターン及び／又は周波数特性に基づいて、周辺部品の衝突による操舵伝達機構の振動と、車輪からの逆入力による操舵伝達機構の振動とが判別される、請求項４に記載のパワーステアリング装置。
6. 操舵トルクを検出するトルクセンサの出力信号を用いて、周辺部品の衝突による操舵伝達機構の振動と、車輪からの逆入力による操舵伝達機構の振動とが判別される、請求項４に記載のパワーステアリング装置。
7. トーションバーを介して接続された操舵入力軸と出力軸にそれぞれ設けられる一対の回転角センサのそれぞれの出力信号の差分を用いて、周辺部品の衝突による操舵伝達機構の振動と、車輪からの逆入力による操舵伝達機構の振動とが判別される、請求項４に記載のパワーステアリング装置。

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