JP4238232B2 - モータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルクセンサで検出したトルクに基づいてモータの目標電流を算出するための二つの制御手段を備えたモータの制御装置に関する。

電動パワーステアリング装置の操舵トルクセンサの異常を検出するために、第１、第２センサリングの相対変位と、第２、第３センサリングの相対変位とに基づいて２つのトルクを検出し、それぞれの検出値を第３、第４センサリングにより検出した温度補償値で補正し、温度補正したメイン出力およびサブ出力を比較することで断線や短絡のような異常を検出するものが、下記特許文献１により公知である。
特開平１０−１４２０８２号公報

ところで、断線や短絡のような異常が発生しても検出したトルクに基づくモータの制御を継続できるように、メインおよびサブの二つの制御手段を設けることが考えられるが、異常の発生により一方の制御手段から他方の制御手段に交代するときに、両制御手段の性能や特性の差によってモータの制御が一時的に乱れることがある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、一方が他方をバックアップする第１、第２制御手段を備えたモータの制御装置において、異常が発生しても制御手段の交代をできるだけ回避しながら制御を継続できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、トルクセンサに励磁信号を入力する第１、第２励磁信号ラインと、トルクセンサからトルク信号を出力する第１、第２トルク信号ラインと、第１励磁信号ラインを介してトルクセンサに励磁信号を入力するとともに第１トルク信号ラインから入力されたトルク信号に基づいてモータの目標電流を算出する第１制御手段と、第２励磁信号ラインを介してトルクセンサに励磁信号を入力するとともに第２トルク信号ラインから入力されたトルク信号に基づいてモータの目標電流を算出する第２制御手段と、第１励磁信号ラインの異常を検出する常検出手段とを備え、第１制御手段がモータの目標電流を算出している状態で、異常検出手段が第１励磁信号ラインの異常を検出したとき、第２制御手段が第２励磁信号ラインを介してトルクセンサに励磁信号を入力することで、第１制御手段によるモータの目標電流の算出を継続することを特徴とするモータの制御装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、第１制御手段は第２制御手段よりも目標電流の算出精度が高いことを特徴とするモータの制御装置が提案される。

尚、実施例のアシストモータ２０は本発明のモータに対応し、操舵トルクセンサ４１は本発明のトルクセンサに対応し、実施例の第１異常検出手段６５ａは本発明の異常検出手段に対応する。

請求項１の構成によれば、第１制御手段が第１励磁信号ラインを介してトルクセンサに励磁信号を入力すると、トルクセンサが出力するトルク信号が第１制御手段に入力され、そのトルクに基づいて第１制御手段がモータの目標電流を算出する。また第２制御手段が第２励磁信号ラインを介してトルクセンサに励磁信号を入力すると、トルクセンサが出力するトルク信号が第２制御手段に入力され、そのトルクに基づいて第２制御手段がモータの目標電流を算出する。従って、第１、第２制御手段の一方がモータの目標電流を算出できなくなっても、他方でモータの目標電流を算出してバックアップすることができる。

第１制御手段がモータの目標電流を算出している状態で、異常検出手段が第１励磁信号ラインの異常を検出したとき、第２制御手段が第２励磁信号ラインを介してトルクセンサに励磁信号を入力することで、第１制御手段によるモータの目標電流の算出を継続するので、第１制御手段によるモータの目標電流の算出をできるだけ継続し、制御手段の交代によるモータの制御精度の低下を回避することができる。

請求項２の構成によれば、第１制御手段は第２制御手段よりも目標電流の算出精度が高いので、目標電流の算出精度が高い方の第１制御手段をできるだけ使用することで、モータを最大限に精度良く制御することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の一実施例を示すもので、図１はケーブル式ステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は操舵トルクセンサの斜視図、図５は操舵トルクの検出回路の回路図、図６は操舵トルクセンサの作用説明図、図７は異常検出の作用を説明するフローチャートである。

図１に示すように、自動車のステアリングハンドル１１の前方に設けた駆動プーリケーシング１２と、ステアリングギヤボックス１３の上方に設けた従動プーリケーシング１４とが、ボーデンケーブルよりなる２本の操作ケーブル１５，１６によって接続される。ステアリングギヤボックス１３の両端部から車体左右方向に延びるタイロッド１７Ｌ，１７Ｒが、左右の車輪ＷＬ，ＷＲを支持するナックル（図示せず）に接続される。駆動プーリケ−シング１２の内部にはステアリングハンドル１１に入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサが内蔵されており、検出した操舵トルクが入力される制御装置１８からの司令で従動プーリケーシング１４と一体のギヤケーシング１９に設けたアシストモータ２０が作動し、ドライバーのステアリング操作をアシストする。

図２に示すように、駆動プーリケーシング１２は、リヤハウジング２１、センターハウジング２２およびフロントハウジング２３をボルト２４…で結合してなり、フロントハウジング２３の前面に図示せぬボルトでフロントカバー２５が結合される。駆動プーリケーシング１２は、リヤハウジング２１に設けたブラケット２１ａが取付ステー２６にピン２７で固定され、フロントハウジング２３に設けたブラケット２３ａが取付ステー２６にボルト２８で固定される。

ステアリングハンドル１１に接続される中空のステアリングシャフト２９は、２個のボールベアリング３０，３１でリヤハウジング２１に回転自在に支持される。ステアリングハンドル１１と同軸に配置される中空のプーリシャフト３２の外周に金属製のプーリボス３３が固定されており、このプーリボス３３の外周に形成したセレーション部３３ａを覆うように合成樹脂製の駆動プーリ本体３４が一体にモールドされる。プーリボス３３の両端部が２個のボールベアリング３５，３６でそれぞれフロントハウジング２３およびフロントカバー２５に回転自在に支持されるとともに、プーリシャフト３２がボールベアリング３７でセンターハウジング２２に回転自在に支持される。プーリボス３３および駆動プーリ本体３４は本発明の駆動プーリ５９を構成する。

プーリシャフト３２の後端部外周にステアリングシャフト２９の前端部内周が相対回転自在に嵌合しており、ステアリングシャフト２９の中空部とプーリシャフト３２の中空部とに、トーションバー３８の両端部が嵌合して各々ピン３９，４０で結合される。従って、ステアリングシャフト２９に入力された操舵トルクは、ステアリングシャフト２９からトーションバー３８を介してプーリシャフト３２に伝達されることになり、センターハウジング２２の内部に設けられた操舵トルクセンサ４１がトーションバー３８の捩れ量に基づいて操舵トルクを検出する。

図２および図４から明らかなように、操舵トルクセンサ４１は、プーリシャフト３２の外周に相対回転不能、かつ軸方向スライド可能に支持された円筒状のスライダ４２と、ステアリングシャフト２９に固定されてスライダ４２に形成した傾斜溝４２ａに嵌合するガイドピン４３と、合成樹脂製のスライダ４２の外周に固定した磁性体リング４４と、センターハウジング２２の内周に固定されて磁性体リング４４に対向する差動トランス４５と、ガイドピン４３および傾斜溝４２ａ間のガタを防止すべくスライダ４２を前方に付勢するコイルばね４６とを備える。

図５に示すように、操舵トルクセンサ４１の差動トランス４５は、第１コイル４９と第２コイル５０とを備えており、磁性体リング４４は第１、第２コイル４９，５０間に配置された可動鉄心を構成する。

アシストモータ２０の作動を制御する制御装置１８は、メインの第１制御手段Ｕａおよびサブの第２制御手段Ｕｂにより構成される。第１制御手段Ｕａは通常時に使用されるもので、アシストモータ２０を精度良く制御可能な高性能のものである。一方第２制御手段Ｕｂは第１制御手段Ｕａが使用不能になった場合にバックアップとして使用されるもので、その性能は第１制御手段Ｕａに比べて低くなっている。

第１コイル４９および第２コイル５０の一端は、第１、第２励磁信号ライン６１ａ，６１ｂをおよび第１、第２トランジスタ６２ａ，６２ｂを介して接地されており、第１、第２トランジスタ６２ａ，６２ｂのオン・オフが第１制御手段Ｕａおよび第２制御手段Ｕｂによりそれぞれ制御される。また第１コイル４９および第２コイル５０の他端は、２本の第１トルク信号ライン６３ａを介して第１制御手段Ｕａに接続され、かつ２本の第２トルク信号ライン６３ｂを介して第２制御手段Ｕｂに接続される。これらの第１、第２トルク信号ライン６３ａ，６３ｂの電位は、それぞれプルアップ電源６４ａ，６４ｂにより所定の電位（例えば２．５Ｖ）に引き上げられる。

第１、第２トランジスタ６２ａ，６２ｂを周期的にオン・オフすることにより、第１、第２励磁信号ライン６１ａ，６１ｂを経て第１、第２コイル４９，５０にパルス状の励磁電流が流れたとき、磁性体リング４４の位置、つまり操舵トルクの大きさに応じて第１、第２トルク信号ライン６３ａ，６３ｂの電位が変化する。第１制御手段Ｕａに連なる第１励磁信号ライン６１ａおよび第１トルク信号ライン６３ａの電位は第１異常検出手段６５ａにより監視され、第２制御手段Ｕｂに連なる第２励磁信号ライン６１ｂおよび第２トルク信号ライン６３ｂの電位は第２異常検出手段６５ｂにより監視される。

図２から明らかなように、プーリシャフト３２の前端部とプーリボス３３とはセレーション結合部５１において結合されるとともに、プーリシャフト３２の前端部に向かって先細になったテーパー結合部５２を介して結合される。プーリシャフト３２の前端にナット５３がねじ込まれており、ナット５３からの荷重でプーリボス３３をプーリシャフト３２に沿って後方に付勢することにより、テーパー結合部５２を充分な面圧で密着させてプーリシャフト３２およびプーリボス３３を強固に一体化することができる。これにより、セレーション結合部５１に存在する微小なガタの影響を解消し、騒音の発生を抑制することができるだけでなく操舵フィーリングを向上させることができる。ナット５３を締め付けるとき、駆動プーリ５９が軸方向に移動可能であるため、駆動プーリケーシング１２に無理な荷重が加わることが防止される。

図２および図３から明らかなように、２本の操作ケーブル１５，１６は、断面略矩形のコイルばねをモールドした合成樹脂製のアウターチューブ１５ｏ，１６ｏと、その内部にスライド自在に収納される金属縒り線よりなるインナーケーブル１５ｉ，１６ｉとから構成される。２本のインナーケーブル１５ｉ，１６ｉの端部に固定した短円柱状のピン５４，５４が駆動プーリ本体３４の両端面に形成したピン孔３４ａ，３４ａに嵌合し、ピン５４，５４から延びる２本のインナーケーブル１５ｉ，１６ｉは駆動プーリ本体３４の外周に形成した１本の螺旋溝３４ｂに沿って相互に接近する方向に巻き付けられた後、プーリシャフト３２の軸線に直交する方向に引き出される。

合成樹脂製の駆動プーリ本体３４のピン孔３４ａ，３４ａの底部はプーリボス３３のセレーション部３３ａと駆動プーリ本体３４との境界部に達しており、ピン５４，５４を外した状態では、前記境界部を容易に目視することができる。従って、プーリボス３３にセレーション部３３ａが形成されていない不適切な状態で駆動プーリ本体３４がモールドされたような加工ミスを確実に発見することができる。

フロントハウジング２３には円筒状をなす２個の接続部２３ｂ，２３ｂが形成されており、それらの内部にアウターチューブ結合部材５６，５６のボス部５６ａ，５６ａが固定される。ボス部５６ａ，５６ａから接続部２３ｂ，２３ｂの外部に延びるパイプ部５６ｂ，５６ｂがアウターチューブ１５ｏ，１６ｏの外周に嵌合し、かしめ部５６ｃ，５６ｃをかしめることでアウターチューブ１５ｏ，１６ｏの端部がフロントハウジング２３に固定される。アウターチューブ結合部材５６，５６のボス部５６ａ，５６ａの内周には、インナーケーブル１５ｉ，１６ｉとボス部５６ａ，５６ａとが直接擦れるのを防止すべく、滑りの良い合成樹脂製のガイドブッシュ５７，５７が保持される。

フロントハウジング２３の接続部２３ｂ，２３ｂの外周から操作ケーブル１５，１６のアウターチューブ１５ｏ，１６ｏの所定位置まで（例えば、アウターチューブ結合部材５６，５６のパイプ部５６ｂ，５６ｂから露出する部分まで）がゴム製カバー５８，５８で覆われる。弾性を有するゴム製カバー５８，５８はフロントハウジング２３の接続部２３ｂ，２３ｂの外周と、アウターチューブ１５ｏ，１６ｏの外周とに密着してシールするため、アウターチューブ１５ｏ，１６ｏをフロントハウジング２３に結合するアウターチューブ結合部材５６，５６のかしめ部５６ｃ，５６ｃや、アウターチューブ結合部材５６，５６のボス部５６ａ，５６ａと接続部２３ｂ，２３ｂとの隙間から水分が浸入するのを防止することができる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。

操舵トルクセンサ４１で検出した操舵トルクは制御装置１８に入力され、制御装置１８は操舵トルクに基づいてアシストモータ２０の作動を制御する。即ち、車両を旋回させるべくステアリングハンドル１１を操作すると、図２に示すように、操舵トルクがステアリングシャフト２９およびトーションバー３８を介してプーリシャフト３２に伝達され、駆動プーリ本体３４に巻き付けられた操作ケーブル１５，１６の一方のインナーケーブル１５ｉ，１６ｉが引かれ、他方のインナーケーブル１５ｉ，１６ｉが弛められることにより、駆動プーリ５９の回転が従動プーリケーシング１４内の図示せぬ従動プーリに伝達される。その結果、ステアリングギヤボックス１３内の図示せぬラックバーが左右に移動して車輪ＷＬ，ＷＲに操舵トルクが伝達される。

ステアリングハンドル１１に操舵トルクが入力されていないとき、トーションバー３８は捩れ変形せずにステアリングシャフト２９およびプーリシャフト３２は同位相に保持され、図６（Ｂ）に示すように、ステアリングシャフト２９のガイドピン４３は傾斜溝４２ａの中央にあってスライダ４２は上下方向中央位置に保持される。このとき、図５に示すように、スライダ４２に設けた磁性体リング４４は第１コイル４９および第２コイル５０の中間位置にあり、第１、第２コイル４９，５０の出力電圧が等しくなって操舵トルクがゼロであることが検出される。

またステアリングハンドル１１が右方向に操作されてステアリングシャフト２９に図６（Ａ）の矢印ａ方向の操舵トルクが入力されると、トーションバー３８が捩じれ変形してステアリングシャフト２９とプーリシャフト３２（即ち、プーリシャフト３２に対して相対回転不能なスライダ４２）との間に相対角度差が発生するため、ステアリングシャフト２９のガイドピン４３に傾斜溝４２ａを押されたスライダ４２が上方にスライドする。その結果、上側の第１コイル４９の出力電圧が増加するとともに下側の第２コイル５０の出力電圧が減少し、その電圧差に基づいて右転舵方向の操舵トルクが検出される。同様に、ステアリングハンドル１１が左方向に操作されてステアリングシャフト２９に図６（Ｃ）の矢印ｂ方向に操舵トルクが入力されると、トーションバー３８が捩じれ変形してステアリングシャフト２９とプーリシャフト３２（即ち、スライダ４２）との間に逆の相対角度差が発生するため、ステアリングシャフト２９のガイドピン４３に傾斜溝４２ａを押されたスライダ４２が下方にスライドする。その結果、上側の第１コイル４９の出力電圧が減少するとともに下側の第２コイル５０の出力電圧が増加し、その電圧差に基づいて左転舵方向の操舵トルクが検出される。

このように、操舵トルクセンサ４１で操舵トルクが検出されると、制御装置１８は操舵トルクセンサ４１で検出した操舵トルクが予め設定した所定値に保持されるように、アシストモータ２０が駆動されてドライバーによるハンドル操作がアシストされる。差動トランス４５を有する操舵トルクセンサ４１とアシストモータ２０とを組み合わせたことにより、電気的な制御だけでアシストモータ２０を作動させることが可能となり、制御系の構造が簡素化される。

次に、図７のフローチャートを参照して制御装置１８の異常検出の作用を説明する。

先ずステップＳ１でメインの第１制御手段Ｕａに操舵トルクセンサ４１のトルク信号を入力する第１トルク信号ライン６３ａの電位を第１異常検出手段６５ａにより監視し、その電位が通常ではあり得ない値を示しているか否かを判定する。前記電位が正常であって第１トルク信号ライン６３ａが断線していないと判断されれば、ステップＳ２で第１制御手段Ｕａにより制御される第１励磁信号ライン６１ａの電位を第１異常検出手段６５ａにより監視し、その電位が通常ではあり得ない値を示しているか否かを判定する。前記電位が正常であって第１励磁信号ライン６１ａが断線していないと判断されれば、ステップＳ３で第１制御手段Ｕａによるアシストモータ２０の通常の制御が行われる。このとき、第２制御手段Ｕｂは作動せずに休止状態にある。

一方、前記ステップＳ１で第１トルク信号ライン６３ａの電位が異常であれば、ステップＳ４で第１トルク信号ライン６３ａの断線を判定して警報を発した後、ステップＳ５でメインの第１制御手段Ｕａによる制御を中止してサブの第２制御手段Ｕｂでアシストモータ２０の目標アシスト電流を算出する。第２制御手段Ｕｂによる目標アシスト電流を算出精度は第１制御手段Ｕａによるものよりも低くなるが、第１制御手段Ｕａが使用不能になった緊急時には充分に対応することができる。

また前記ステップＳ２で第１励磁信号ライン６１ａの電位が異常であれば、ステップＳ６で第１励磁信号ライン６１ａの断線を判定して警報を発し、ステップＳ７で使用不能になった第１励磁信号ライン６１ａに代えて第２制御手段Ｕｂにより第２励磁信号ライン６１ｂから励磁信号を入力する。その結果、ステップＳ８で第１制御手段Ｕａに連なる第１トルク信号ライン６３ａの電位が正常であれば、ステップＳ９で第１制御手段Ｕａによるアシストモータ２０の制御を再開する。尚、何らかの原因で前記ステップＳ８で第１トルク信号ライン６３ａの電位が正常でなければ、前記ステップＳ５でサブの第２制御手段Ｕｂによるアシストモータ２０の制御を行う。

以上のように、第１トルク信号ライン６３ａの断線によって第１制御手段Ｕａが作動不能になっても、第２制御手段Ｕｂによりアシストモータ２０の目標電流の算出を継続できるので、アシストモータ２０が制御不能になる事態を回避することができる。この場合、第２制御手段Ｕｂによる目標アシスト電流の算出精度は第１制御手段Ｕａによる目標アシスト電流の算出精度よりも低くなるが、第１制御手段Ｕａが作動不能になった緊急時には充分に対応することができる。

また第１トルク信号ライン６３ａが断線した場合には第１制御手段Ｕａが作動不能になるのはやむを得ないが、第１励磁信号ライン６１ａが断線した場合には、第２制御手段Ｕｂから第２励磁信号ライン６１ｂを介して励磁信号を入力して第１制御手段Ｕａを作動させるので、目標電流の算出精度が高い方の第１制御手段Ｕａをできるだけ使用してアシストモータ２０を最大限に精度良く制御することができるだけでなく、制御手段の交代による目標電流の精度低下や、目標電流の急変による操舵フィーリングの低下を回避することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では操舵トルクセンサ４１の出力に基づいて操舵装置のアシストモータ２０の作動を制御しているが、本発明は任意のトルクセンサの出力に基づいて任意のモータの作動を制御する場合に適用することができる。

また実施例では第１、第２トルク信号ライン６３ａ，６３ｂおよび第１、第２励磁信号ライン６１ａ，６１ａの異常として断線を挙げたが、その異常には短絡も含むことができる。

ケーブル式ステアリング装置の全体斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図 操舵トルクセンサの斜視図 操舵トルクセンサの差動トランスの回路図 操舵トルクセンサの作用説明図 異常検出の作用を説明するフローチャート

符号の説明

２０ アシストモータ（モータ）
４１ 操舵トルクセンサ（トルクセンサ）
６１ａ 第１励磁信号ライン
６１ｂ 第２励磁信号ライン
６３ａ 第１トルク信号ライン
６３ｂ 第２トルク信号ライン
６５ａ 第１異常検出手段（異常検出手段）
Ｕａ 第１制御手段
Ｕｂ 第２制御手段

Claims (2)

1. トルクセンサ（４１）に励磁信号を入力する第１、第２励磁信号ライン（６１ａ，６１ｂ）と、
   トルクセンサ（４１）からトルク信号を出力する第１、第２トルク信号ライン（６３ａ，６３ｂ）と、
   第１励磁信号ライン（６１ａ）を介してトルクセンサ（４１）に励磁信号を入力するとともに第１トルク信号ライン（６３ａ）から入力されたトルク信号に基づいてモータ（２０）の目標電流を算出する第１制御手段（Ｕａ）と、
   第２励磁信号ライン（６１ｂ）を介してトルクセンサ（４１）に励磁信号を入力するとともに第２トルク信号ライン（６３ｂ）から入力されたトルク信号に基づいてモータ（２０）の目標電流を算出する第２制御手段（Ｕｂ）と、
   第１励磁信号ライン（６１ａ）の異常を検出する異常検出手段（６５ａ）と、
   を備え、
   第１制御手段（Ｕａ）がモータ（２０）の目標電流を算出している状態で、異常検出手段（６５ａ）が第１励磁信号ライン（６１ａ）の異常を検出したとき、第２制御手段（Ｕｂ）が第２励磁信号ライン（６１ｂ）を介してトルクセンサ（４１）に励磁信号を入力することで、第１制御手段（Ｕａ）によるモータ（２０）の目標電流の算出を継続することを特徴とするモータの制御装置。
2. 第１制御手段（Ｕａ）は第２制御手段（Ｕｂ）よりも目標電流の算出精度が高いことを特徴とする、請求項１に記載のモータの制御装置。
   

Images