JP4612473B2

JP4612473B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP4612473B2
Application number: JP2005154541A
Authority: JP
Inventors: 洋平小池; 高寛春日
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-05-26
Also published as: JP2006327432A

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、特許文献１に記載の如く、電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストする。
特開平6-8839

従来の電動パワーステアリング装置では、ラック軸の左右のストロークエンドを検知する左センサと右センサを有し、両方のセンサがストロークエンドを未検知とするときには、ラック軸がストロークエンドに達していないものと判断して電動モータを通常回転させるアシスト制御を行なう。一方のセンサがストロークエンドを検知したときには、ラック軸が一方のストロークエンドに達したものと判断し、ラック軸がギヤハウジングと軸方向で衝突することを回避すべく、電動モータを制動するブレーキ制御を行なう。

しかしながら、従来技術では、センサ異常の検知手段をもたないため、一方のセンサがストロークエンドを誤検知したときには、ラック軸がストロークエンドに達していないにもかかわらず、電動モータを制動するブレーキ制御を行なってしまう。また、ラック軸がストロークエンドに達したことを検知できず、電動モータに必要とされるブレーキ制御を実行できない。

本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、ラック軸のストロークエンドを検知するセンサの異常、誤検知を簡易に検出し、操舵性能の安定を図ることにある。

請求項１の発明は、電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストする電動パワーステアリング装置において、正方向の操舵トルクによりラック軸が右に移動し、左センサが左ストロークエンドの検知を解除され、右センサが右ストロークエンドを検知し、逆方向の操舵トルクによりラック軸が左に移動し、右センサが右ストロークエンドの検知を解除され、左センサが左ストロークエンドを検知し、操舵トルクの正逆方向を検出する操舵トルクセンサと、左右のセンサと操舵トルクセンサの検出結果に基づいて電動モータを駆動制御するストロークエンド制御手段とを有し、左センサがその検知を解除した場合の操舵トルク方向が正方向でないとき、当該左センサが異常であるものと判定し、右センサがその検知を解除した場合の操舵トルク方向が逆方向でないとき、当該右センサが異常であるものと判定するものであり、前記ストロークエンド制御手段が、左センサがその検知を解除した場合、操舵トルクセンサが正方向操舵トルクを検出するときには電動モータを通常回転させるアシスト制御を行ない、操舵トルクセンサが正方向操舵トルクを検出しないときには電動モータを制動するブレーキ制御を不許可とし、右センサがその検知を解除した場合、操舵トルクセンサが逆方向操舵トルクを検出するときには電動モータを通常回転させるアシスト制御を行ない、操舵トルクセンサが逆方向操舵トルクを検出しないときには電動モータを制動するブレーキ制御を不許可とするようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記センサの異常を判定したときに、警報を出力する警報出力手段を有するようにしたものである。

（請求項１）
(a)左センサによるラック軸のストロークエンド検知状態を解除できるのは、正方向の操舵トルクである（予め所定の一方向に定める）。これに反して、正方向の操舵トルクが付与されていない状況下で、左センサの検知が解除された場合、左センサの異常（センサ信号線の断線、誤検知を含む）を簡易に検知判断できる。

同様に、右センサによるラック軸のストロークエンド検知状態を解除できるのは、逆方向の操舵トルクである（予め所定の他方向に定められる）。これに反して、逆方向の操舵トルクが付与されていない状況下で、右センサの検知が解除された場合、右センサの異常（センサ信号線の断線、誤検知を含む）を簡易に検知判断できる。

(b)上述(a)により検出された左右のセンサの異常時には、電動モータを制動するブレーキ制御を不許可とし、電動モータを通常回転させるアシスト制御を行う。
左右センサの誤検出により徒な電動モータのブレーキ制御を回避することができる。急激なアシスト減少による操舵違和感を防止できる。

（請求項２）
(c)上述(a)の左右のセンサの異常時に、警報出力手段が警報を出力し、運転者にセンサの異常を直ちに報知できる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す正面図、図２は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図３は電動パワーステアリング装置の制御系を示すブロック図、図４はストロークエンド制御手順を示す流れ図である。

電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、ギヤハウジング１１を分割した、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂを有するものにし、このギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ）にステアリング入力軸１２を支持し、入力軸１２にトーションバー１３（不図示）を介して出力軸（不図示）を連結し、この出力軸にピニオン（不図示）を設け、このピニオンに噛合うラック軸１４をギヤハウジング１１に左右方向に直線移動可能に支持している。入力軸１２と出力軸の間には、操舵トルクセンサ４１を設けている。操舵トルクセンサ４１は、ステアリングホイールに加えた操舵トルクに起因するトーションバーの弾性ねじり変形により、入力軸１２と出力軸の間に生ずる相対回転変位量に基づき、操舵トルク（トルクの正逆方向と大きさ）を検出し、操舵トルク信号Ｔsを出力する。

電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１４の両端部をギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ、第２ギヤハウジング１１Ｂ）の両側に突出し、それらの端部にタイロッド１５Ａ、１５Ｂを連結し、ラック軸１４の直線移動に連動するタイロッド１５Ａ、１５Ｂを介して、左右の車輪を転舵可能に連結する。

電動パワーステアリング装置１０は、図２に示す如く、電動モータ２０を取付ボルト２１（不図示）によりホルダ２２に固定し、このホルダ２２を取付ボルト２３（不図示）により第１ギヤハウジング１１Ａに着脱可能にしている。第１ギヤハウジング１１Ａに取付けられて第１ギヤハウジング１１Ａの内部に挿入されたホルダ２２は、ギヤハウジング１１Ａ、１１Ｂの内周との間に一定の間隙を有し、第１ギヤハウジング１１Ａに対するホルダ２２の揺動を許され、ホルダ２２に後述する如くに支持する駆動プーリ２４と従動プーリ３６に巻掛けられるベルト３７の張力を調整可能にする。

このとき、ホルダ２２は、駆動プーリ２４の中心軸２５を支持し、電動モータ２０の回転軸２０Ａの軸端のジョイント２６Ａと、中心軸２５の軸端のジョイント２６Ｂを、それらの周方向複数位置に設けた歯の間にゴム等の中間ジョイント２６Ｃを挟む状態で、互いに軸方向から係着する。駆動プーリ２４は中心軸２５の両端部を軸受２７、２８によりホルダ２２に両端支持される。２９は軸受２８の外輪固定用止め輪である。

電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１４にボールねじ３０を設け、ボールねじ３０にボール３１を介して噛合うボールナット３２を有し、ギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ）に支持した軸受３３によりボールナット３２を回転自在に支持する。３４は軸受３３の外輪固定用ナットである。ボールナット３２の外周には、ロックナット３５により従動プーリ３６が固定される。

電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０の側の駆動プーリ２４と、ボールナット３２の側の従動プーリ３６にベルト３７を巻掛け、電動モータ２０の回転を駆動プーリ２４、ベルト３７、従動プーリ３６経由でボールナット３２に伝え、ひいてはラック軸１４の直線ストロークに変換し、該ラック軸１４を直線移動させる。これにより、電動モータ２０はステアリング系に操舵アシスト力を付与するものになる。

電動パワーステアリング装置１０は、第１ギヤハウジング１１Ａに支持されているラック軸１４を第２ギヤハウジング１１Ｂに通し、第１ギヤハウジング１１Ａに取付けられているホルダ２２を第２ギヤハウジング１１Ｂで覆い、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂを複数の締結ボルト１６で締結する。このとき、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂは、図２に示す如く、複数の筒状ノックピン１６Ａにより、それらノックピン１６Ａの両端部のそれぞれを打ち込まれて位置合せされた後、各ノックピン１６Ａに挿通される締結ボルト１６により螺合締結される。一部の締結ボルト１６はノックピン１６Ａを通って第１ギヤハウジング１１Ａに螺着され、他の締結ボルト１６はノックピン１６Ａを通って第２ギヤハウジング１１Ｂに螺着される。

電動パワーステアリング装置１０は、ギヤハウジング１１Ａ、１１Ｂに支持されるラック軸１４の振れを小さくするため、以下の構成を備える。

第２ギヤハウジング１１Ｂにおいて、第１ギヤハウジング１１Ａに支持したボールナット３２に相対する部分をブッシュ支持部１７とし、ボールナット３２とブッシュ支持部１７とにブッシュ４０を架け渡す。ブッシュ４０は、ボールナット３２の先端側内周部に圧入されて固定的に設けられ、ブッシュ支持部１７の内周部に回転摺動可能に支持される状態で、ラック軸１４を直線摺動可能に支持する。

ブッシュ４０は、金属等からなる筒体の外周の軸方向における一部をブッシュ支持部１７との摺動部とし、内周の全部をラック軸１４との摺動部とする。摺動部は、含油ポリアセタール樹脂、又は四フッ化エチレン樹脂等の潤滑被膜層を筒体の表面にコーティング等にて設けたものである。

電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０のための以下の制御手段５０を有する（図３）。

制御手段５０は、操舵トルクセンサ４１と車速センサ４２を付帯的に備える。操舵トルクセンサ４１は、前述の如く、ステアリング系の操舵トルク（トルクの正逆方向と大きさ）を検出して操舵トルク信号Ｔsを制御手段５０に出力する。車速センサ４２は、車両の速度を検出し、車速信号Ｖsを制御手段５０に出力する。

制御手段５０は、マイクロプロセッサを基本に、各種演算処理手段、信号発生手段、メモリ等を有し、操舵トルク信号Ｔs、車速信号Ｖsに基づき、Ｐ（比例制御）及びＩ（積分制御）を施した駆動制御信号Ｖo（ＰＷＭ信号）を生成し、これによってモータ駆動手段４３を駆動制御する。

モータ駆動手段４３は、例えば４個のパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、又はＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子からなるブリッジ回路で構成され、駆動制御信号Ｖoに基づくモータ電圧Ｖmを出力し、電動モータ２０を駆動する。ステアリングホイールが時計回り方向に操舵（正方向の操舵トルクにより操舵）されているときには、電動モータ２０を例えば正回転させて前輪が時計回り方向に向くようにステアリング系に操舵アシスト力を付与する。

制御手段５０は、電流検出手段４４を付帯的に備える。電流検出手段４４は、電動モータ２０に実際に流れるモータ電流Ｉmを検出し、モータ電流Ｉmに対応するデジタルに変換した検出電流信号Ｉmoを制御手段５０にフィードバック（負帰還）する。

制御手段５０は、目標電流設定手段５１、偏差演算手段５２、電流制御演算手段５３を有する。

目標電流設定手段５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリを備え、操舵トルクセンサ４１が出力する操舵トルク信号Ｔsと、この操舵トルク信号Ｔsと車速センサ４２が出力する車速信号Ｖsに基づいて予めメモリに記憶されている目標電流信号Ｉmsマップから、車速信号Ｖsをパラメータにした操舵トルク信号Ｔsに対する目標電流信号Ｉmsを読み出して偏差演算手段５２に向けて出力する。

偏差演算手段５２は、目標電流信号Ｉmsと検出電流信号Ｉmoの偏差（Ｉms−Ｉmo）を演算し、偏差信号ΔＩを電流制御演算手段５３に出力する。

電流制御演算手段５３は、目標電流信号Ｉmsと検出電流信号Ｉmoの偏差信号ΔＩに応じ、電動モータ２０のモータ駆動手段４３に方向（電動モータ２０の回転方向）極性信号及びデューティ比に相当するＰＷＭ信号Ｖoを与える。

電流制御演算手段５３は、ＰＩ（比例・積分）制御手段５４、ＰＷＭ信号発生手段５５から構成される。尚、必要によりトルク微分制御手段も加えられる。

ＰＩ制御手段５４は、比例感度ＫPを発生して比例制御する比例要素５４Ａと、積分ゲインＫIを発生して積分制御する積分要素５４Ｂと、比例要素５４Ａと積分要素５４Ｂの出力信号を加算する加算器５４Ｃを備える。比例要素５４Ａと積分要素５４Ｂは並列接続され、比例要素５４Ａは偏差信号ΔＩに比例感度ＫPを乗じた比例信号ＩPを、積分要素５４Ｂは偏差信号ΔＩに積分ゲインＫIを有する積分処理を施した積分信号ＩIを、それぞれ加算器５４Ｃに出力する。加算器５４Ｃは比例信号ＩPと積分信号ＩIを加算し、比例・積分信号ＩPI（ＩP＋ＩI）をＰＷＭ信号発生手段５５に向けて出力する。

ＰＷＭ信号発生手段５５は、比例・積分信号ＩPIの方向と大きさに対応する方向極性信号及びデューティ比に相当するＰＷＭ信号を駆動制御信号Ｖoとしてモータ駆動手段４３に向けて出力する。モータ駆動手段４３はモータ駆動電圧Ｖmで電動モータ２０を駆動する。

従って、制御手段５０は電動パワーステアリング装置１０の電動モータ２０に対し、基本的には以下の如くのアシスト制御を行なう。

(1)操舵トルクセンサ４１が検出した操舵トルクが所定値より低いとき、操舵アシスト力は不要であり、電動モータ２０を駆動しない。

(2)操舵トルクセンサ４１が検出した操舵トルクが所定値を超えるとき、操舵アシスト力を必要とするから、電動モータ２０を駆動して通常回転させ、アシスト制御する。電動モータ２０の回転力が駆動プーリ２４、ベルト３７、従動プーリ３６経由でボールナット３２に伝えられ、ボールねじ３０を介してラック軸１４を直線ストロークさせる操舵アシスト力になる。

しかるに、制御手段５０は、ラック軸１４の左右のストロークエンドを検知する左センサ６１と右センサ６２を付帯的に備える。左右のセンサ６１、６２は、例えばフォトセンサ、近接センサ、マイクロスイッチ等から構成でき、ギヤハウジング１１の左右端に取着される検知手段ａと、ラック軸１４の左右端に取着される被検体ｂからなり、検知手段ａが被検体ｂに所定距離以下に近接したときに、ラック軸１４がストロークエンドに達したことの検知信号を出力する。

制御手段５０は、左センサ６１と右センサ６２の検知結果を得るストロークエンド制御手段７０を有する。ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の検知結果に基づいて電動モータ２０を駆動制御する。即ち、ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２がラック軸１４のストロークエンドを未検知とするときには、ラック軸１４がストロークエンドに達していないものと判断して電動モータ２０を通常回転させるアシスト制御信号ＡをＰＷＭ信号発生手段５５に出力し、電動モータ２０を前述の如くにアシスト制御する。ストロークエンド制御手段７０は、一方のセンサ６１又は６２がラック軸１４のストロークエンドを検知したときには、ラック軸１４が一方のストロークエンドに達したものと判断し、ラック軸１４がギヤハウジング１１と軸方向で衝突することを回避するため、電動モータ２０を制動するブレーキ制御信号ＢをＰＷＭ信号発生手段５５に出力し、ＰＷＭ信号発生手段５５がモータ駆動手段４３に送出するブレーキ操作信号Ｂrにより電動モータ２０に強制的に電磁ブレーキを付与してブレーキ制御を行なう。

尚、左センサ６１と右センサ６２がラック軸１４のストロークエンドを未検知とするとき、ストロークエンド制御手段７０はＰＷＭ信号発生手段５５にあえてアシスト制御信号Ａを出力することを必要とせず、ストロークエンド制御手段７０がＰＷＭ信号発生手段５５にアシスト制御信号Ａを出力しなくても、制御手段５０は電動モータを前述の如くに通常のアシスト制御することもできる。

制御手段５０は、ストロークエンド制御手段７０においてセンサ６１、６２の異常（誤検知を含む）を検出するため、左右のセンサ６１、６２がラック軸１４のストロークエンドの検知を解除するときの操舵トルクの正逆回転方向を監視する。即ち、左センサ６１は逆方向の操舵トルクによりラック軸１４の左ストロークエンド検知状態を生成され、その検知状態を正方向の操舵トルクにより解除される。他方、右センサ６２は正方向の操舵トルクによりラック軸１４の右ストロークエンド検知状態を生成され、その検知状態を逆方向の操舵トルクにより解除される。ここで、操舵トルクの正逆方向は前述の如く、操舵トルクセンサ４１の検出結果（トルクの方向）により検知される。

従って、制御手段５０は、ストロークエンド制御手段７０の存在により、電動モータ２０を以下の如くに駆動制御する（図４）。

(1)ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の両方がともにラック軸１４のストロークエンドを未検知とするとき、電動モータ２０を通常回転させるアシスト制御信号ＡをＰＷＭ信号発生手段５５に出力し、電動モータ２０をアシスト制御する。

(2)ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の一方がラック軸１４のストロークエンドを検知したとき、電動モータ２０を制動するブレーキ制御信号ＢをＰＷＭ信号発生手段５５に出力し、電動モータ２０を電磁ブレーキ制動する。

(3)ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１が上述(2)の検知を解除した場合、操舵トルクセンサ４１が本来あるべき正方向操舵トルクを検出するときには、左センサ６１は正常であり電動モータ２０を通常回転させるアシスト制御を行なう。

ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１が上述(2)の検知を解除した場合、操舵トルクセンサ４１が本来あるべき正方向操舵トルクを検出しないときには、左センサ６１の何らかの異常と判断し、電動モータ２０を制動するブレーキ制御信号ＢのＰＷＭ信号発生手段５５への出力を不許可とする。

(4)ストロークエンド制御手段７０は右センサ６２が上述(2)の検知を解除した場合、操舵トルクセンサ４１が本来あるべき逆方向操舵トルクを検出するときには、右センサ６２は正常であり電動モータ２０を通常回転させるアシスト制御を行なう。

ストロークエンド制御手段７０は、右センサ６２が上述(2)の検知を解除した場合、操舵トルクセンサ４１が本来あるべき逆方向操舵トルクを検知しないときには、右センサ６２の何らかの異常と判断し、電動モータ２０を制動するブレーキ制御信号ＢのＰＷＭ信号発生手段５５への出力を不許可にする。

(5)ストロークエンド制御手段７０は、上述(3)、(4)の左右のセンサ６１、６２の異常を検知したとき、警報出力手段８０にセンサ異常警報出力信号Ｅを出力して警報出力手段８０を制御し、運転者に対して視覚、聴覚によるセンサ異常警報を出力する。

尚、ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の両方がともにストロークエンドを検知するときには、何れかのセンサ異常と判断し、電動モータ２０をブレーキ制御せずに、電動モータ２０への給電を停止する停止制御信号ＳをＰＷＭ信号発生手段５５に出力し、ＰＷＭ信号発生手段５５はモータ駆動手段４３に出力するＰＷＭ信号Ｖoのデューティ比Ｄをゼロにし、電動モータ２０を停止制御することができる。運転者は電動モータ２０による操舵アシスト力無し状態で、手動操舵することになる。また、ストロークエンド制御手段７０は、電動モータ２０を直ちに停止制御せずに、電動モータ２０を通常回転させる前述のアシスト制御はそのまま行なうようにしても良い。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)左センサ６１によるラック軸１４のストロークエンド検知状態を解除できるのは、正方向の操舵トルクである。これに反して、正方向の操舵トルクが付与されていない状況下で、左センサ６１の検知が解除された場合、左センサ６１の異常（センサ信号線の断線、誤検知を含む）を検知判断できる。

同様に、右センサ６２によるラック軸１４のストロークエンド検知状態を解除できるのは、逆方向の操舵トルクである。これに反して、逆方向の操舵トルクが付与されていない状況下で、右センサ６２の検知が解除された場合、右センサ６２の異常（センサ信号線の断線、誤検知を含む）を検知判断できる。

(b)上述(a)により検出された左右のセンサ６１、６２の異常時には、電動モータ２０を制動するブレーキ制御信号ＢのＰＷＭ信号発生手段５５への出力を不許可としたので、センサの誤検出による徒なブレーキ制御を回避できる。尚、電動モータ２０を通常回転させるアシスト制御を行うことで違和感のない通常の操舵アシストを維持できる。

(c)上述(a)の左右のセンサ６１、６２の異常時に、警報出力手段８０が警報を出力し、運転者にセンサの異常を直ちに報知できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、電動モータの回転をラック軸に伝える動力伝達機構は、電動モータの回転軸に固定した駆動ギヤの回転力を、ラック軸に噛合うピニオン軸に固定された従動ギヤと噛み合わせたピニオンアシスト駆動機構であっても良い。

図１は電動パワーステアリング装置を示す正面図である。図２は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。図３は電動パワーステアリング装置の制御系を示すブロック図である。図４はストロークエンド制御手順を示す流れ図である。

符号の説明

１０電動パワーステアリング装置
１４ラック軸
２０電動モータ
４１操舵トルクセンサ
５０制御手段
６１左センサ
６２右センサ
７０ストロークエンド制御手段
８０警報出力手段

Claims

電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストする電動パワーステアリング装置において、
正方向の操舵トルクによりラック軸が右に移動し、左センサが左ストロークエンドの検知を解除され、右センサが右ストロークエンドを検知し、
逆方向の操舵トルクによりラック軸が左に移動し、右センサが右ストロークエンドの検知を解除され、左センサが左ストロークエンドを検知し、
操舵トルクの正逆方向を検出する操舵トルクセンサと、
左右のセンサと操舵トルクセンサの検出結果に基づいて電動モータを駆動制御するストロークエンド制御手段とを有し、
左センサがその検知を解除した場合の操舵トルク方向が正方向でないとき、当該左センサが異常であるものと判定し、右センサがその検知を解除した場合の操舵トルク方向が逆方向でないとき、当該右センサが異常であるものと判定するものであり、
前記ストロークエンド制御手段が、
左センサがその検知を解除した場合、操舵トルクセンサが正方向操舵トルクを検出するときには電動モータを通常回転させるアシスト制御を行ない、操舵トルクセンサが正方向操舵トルクを検出しないときには電動モータを制動するブレーキ制御を不許可とし、
右センサがその検知を解除した場合、操舵トルクセンサが逆方向操舵トルクを検出するときには電動モータを通常回転させるアシスト制御を行ない、操舵トルクセンサが逆方向操舵トルクを検出しないときには電動モータを制動するブレーキ制御を不許可とすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記センサの異常を判定したときに、警報を出力する警報出力手段を有する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。