JP4957028B2

JP4957028B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4957028B2
Application number: JP2006069596A
Authority: JP
Inventors: 隆谷永
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: JP2007245827A

Description

本発明は、操舵速度に基づいて電動モータを回転制御し、電動モータが駆動するオイルポンプが発生させた油圧により操舵補助するパワーステアリング装置に関するものである。

近時、車両のステアリング機構に結合されたパワーシリンダに、オイルポンプからの作動油を供給し、パワーシリンダから操舵補助力を発生させる油圧式のパワーステアリング装置が普及している。このようなパワーステアリング装置では、最適な操舵補助力を得る為に、操舵速度と車両速度（車速）で定まる、図４に示すようなモータ回転速度マップに従って、電動モータへの指示回転速度を決定している。

操舵速度は、ハンドル（操舵部材、ステアリングホイール）と共に回動する操舵角検出手段、例えばロータリエンコーダを有する操舵角センサからの、図５に示すようなパルス（列）信号の所定時間当たりの個数を計数して得ている。パルス信号のオン電圧／オフ電圧の各電圧値は、電源電圧（例えば５Ｖ）／接地電圧（０Ｖ）と区別できるように、電源電圧／接地電圧より低く（例えば４Ｖ）／高く（例えば１Ｖ）設定してあり、天絡故障／地絡故障を速やかに検出できるように構成されている。天絡故障／地絡故障を検出する為の閾値は、例えば４．５Ｖ／０．５Ｖのように設定してあり、これらの閾値以上、或いは以下となったときに天絡故障／地絡故障と判定する。
また、電子制御ユニットへのパルス信号の入力電圧を安定させ、また、電磁波ノイズの影響を防止する為に、図２，３に示すように、パルス信号を抵抗Ｒ１によりプルアップしている。

特許文献１には、条件に応じて閾値と異常判定時間とを可変にすることで、実際の走行状況に応じた適切なフェールセーフ制御を行なうフェールセーフ制御機構が開示されている。
特許文献２には、条件に応じて異常判定時間を可変にすることで、実際の走行状況に応じた適切なフェールセーフ制御を行なうフェールセーフ制御機構が開示されている。
特許文献３には、条件に応じて閾値を可変にすることで、実際の走行状況に応じた適切なフェールセーフ制御を行なうフェールセーフ制御機構が開示されている。

特許文献４には、操舵トルクに基づき設定された目標駆動値に対応する操舵補助方向と操舵トルクの方向とが異なる場合に、目標駆動値の絶対値が制御異常判定閾値以上であれば、操舵補助モータの駆動を禁止する構成であり、車速に応じて制御異常判定閾値を変更する電動パワーステアリング装置が開示されている。
特開２００５−８１０６号公報特開２００５−８１０５号公報特開２００４−２９９６１６号公報特開２００４−２１７０８４号公報

パワーステアリング装置は、高温（１００℃前後）になるエンジン室に設置される。その為、上記抵抗Ｒ１の温度も始動時から上昇して行き、抵抗値が増大して行く。抵抗Ｒ１の抵抗値が増大すると、プルアップされたパルス信号の電圧値が低下して、地絡故障を検出する為の閾値との差が小さくなるので、パルス信号のオフ信号が電磁波ノイズ等の外来ノイズにより閾値を超え、誤って故障検出され易くなるという問題がある。また、パルス信号がプルダウンされている場合は、プルダウン抵抗の抵抗値が増大すると、パルス信号の電圧値が上昇して、天絡故障を検出する為の閾値との差が小さくなるので、パルス信号のオン信号が電磁波ノイズ等の外来ノイズにより閾値を超え、誤って故障検出され易くなるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、天絡故障／地絡故障が電磁波ノイズにより誤って検出され難いパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るパワーステアリング装置は、操舵部材と共に回動する操舵角検出手段から、抵抗を通じてプルアップ又はプルダウンされて与えられたパルス信号の個数に基づき、操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、前記パルス信号が所定の電圧範囲を外れたときに、前記操舵速度検出手段の故障を検出する故障検出手段とを備え、前記操舵速度検出手段が検出した操舵速度に基づき、電動モータを回転制御し、該電動モータが駆動するオイルポンプが発生させた油圧により操舵補助するパワーステアリング装置において、前記抵抗付近の温度を検出する手段と、該手段が検出した温度に基づき、前記電圧範囲を変更する変更手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係るパワーステアリング装置は、前記変更手段は、前記抵抗の温度特性に基づき、前記温度と前記電圧範囲とを対応させてある参照テーブルを備え、該参照テーブルの参照結果により変更するように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係るパワーステアリング装置によれば、操舵部材と共に回動する操舵角検出手段から、抵抗を通じてプルアップ又はプルダウンされて与えられたパルス信号の個数に基づき、操舵速度検出手段が操舵速度を検出し、故障検出手段が、パルス信号が所定の電圧範囲を外れたときに、操舵速度検出手段の故障を検出し、抵抗付近の温度を検出し、検出した温度に基づき、変更手段が電圧範囲を変更するので、天絡故障／地絡故障が電磁波ノイズ等の外来ノイズにより誤って検出され難いパワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係るパワーステアリング装置によれば、変更手段は、参照テーブルが抵抗の温度特性に基づき、温度と電圧範囲とを対応させてあり、参照テーブルの参照結果により変更するので、天絡故障／地絡故障が電磁波ノイズにより誤って検出され難いパワーステアリング装置を実現することができる。

以下に、本発明を、実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を模式的に示す説明図である。このパワーステアリング装置は、車両のステアリング機構１における操舵を補助するものであり、ステアリングホイール２にはステアリング軸３が連結されている。ステアリング軸３の先端部にはピニオン４が取り付けられ、ピニオン４は、車幅方向に延設されたラック軸５に噛合している。ラック軸５には、タイロッド６を介して、操向輪７が取り付けられている。

ラック軸５には、また、パワーシリンダ１０のピストン１１が連結され、パワーシリンダ１０は、ピストン１１により形成される１対のシリンダ室１０ａ，１０ｂを備えている。シリンダ室１０ａ，１０ｂには、それぞれ破線で示すオイル供給路１２ａ，１２ｂを通じて油圧制御弁１３が接続されている。
油圧制御弁１３は、破線で示すオイル循環路１４の途中に接続されており、オイル循環路１４は、リザーバタンク１５に貯留されている作動油がオイルポンプ１６により汲み出され、汲み出された作動油が、オイルポンプ１６から吐出された後、再びリザーバタンク１５に戻るように構成されている。
オイルポンプ１６が電動モータＭにより駆動されている場合には、作動油は、オイル循環路１４を循環し、駆動されていない場合には、作動油の循環は停止している。

油圧制御弁１３は、ステアリング軸３に加えられたトルクの方向及び大きさに応じて開度が変化し、これにより、作動油のパワーシリンダ１０への供給状態が変化する。パワーシリンダ１０のシリンダ室に作動油が供給されると、ピストン１１が、車幅方向に沿う方向へ往復動し、これにより、操舵補助力が発生し、ラック軸５の移動に要する操舵力が補助される。

車速センサ１８は、操向輪７のロータの回転速度を検出するものであり、磁気式又は光学式センサ等を用いることが出来る。車速センサ１８の検出信号である車速信号Ｖは、電子制御ユニットＥＣＵに与えられる。
ステアリング軸３には、ステアリングホイール２の操舵角を検出する為の操舵角センサ（操舵角検出手段）８が設けられ、この操舵角センサ８のパルス信号Ｓは、電子制御ユニットＥＣＵに与えられる。
尚、操舵角センサ８には磁気式、光学式サンサや、ロータリエンコーダ或いはギヤを用いたものなどを用いることができる。本実施例では、ロータリエンコーダを用いた操舵角センサについて説明する。

電動モータＭには、電動モータＭの回転速度（回転数）を検出する回転速度センサ１７が取り付けられ、回転速度センサ１７が検出した回転速度は電子制御ユニットＥＣＵに与えられる。
電子制御ユニットＥＣＵは、与えられたパルス信号Ｓ及び車速信号Ｖに基づき、指示回転速度を決定し、指示回転速度と回転速度センサ１７が検出した回転速度との偏差に基づき、電動モータＭの駆動回路１９をフィードバック制御して電動モータＭを駆動し、これにより、オイルポンプ１６を駆動する。

このような構成のパワーステアリング装置では、ステアリングホイール２が操作され、その回転力がステアリング軸３に伝達されると、その先端部のピニオン４が回転し、これにより、ラック軸５が車幅方向に移動する。その結果、ラック軸５の移動量がタイロッド６に伝達され、操向輪７の向きが変わる。パワーシリンダ１０は、ラック軸５が車幅方向に移動する際に、その補助力を発生させてラック軸５に与える。

図２は、上述した電子制御ユニットＥＣＵ、駆動回路１９、電動モータＭ及び回転速度センサ１７の構成例を示すブロック図である。電子制御ユニットＥＣＵは、操舵速度算出部２４（操舵速度検出手段）が、ロータリエンコーダを有する操舵角センサ８から、ダイオードＤを通じて、図５に示すようなパルス（列）信号Ｓを与えられ、与えられたパルス信号Ｓの所定時間当たりの個数に基づき操舵速度を算出し、その操舵速度信号Ｖθをモータ回転速度マップ２０に与える。また、車速センサ１８からの車速信号Ｖがモータ回転速度マップ２０に与えられる。

パルス信号Ｓは、抵抗Ｒ１により５Ｖ電源にプルアップされており、故障検出部２７（故障検出手段、変更手段）にも与えられている。故障検出部２７は、操舵角センサ８系統の天絡故障／地絡故障を検出する為の閾値を、例えば４．５Ｖ／０．５Ｖのように設定してあり、これらの閾値を超えたときに天絡故障／地絡故障を検出し、故障信号を出力する。

温度検出部２５が、抵抗Ｒ１付近の温度を検出し、検出された温度は故障検出電圧マップ２６（変更手段、参照テーブル）に与えられる。尚、温度検出部２５は、電子制御ユニットＥＣＵの外部に設けてあっても良い。
故障検出電圧マップ２６は、図６に示すような温度と地絡故障を検出する為の電圧値との関係を定めた参照マップを記録しており、温度検出部２５から与えられた温度に応じた電圧値を故障検出部２７に与える。故障検出部２７は、与えられた電圧値により、地絡故障を検出する為の電圧値を更新する。

モータ回転速度マップ２０は、図４に示すような、操舵速度、車速及びモータ回転速度の関係を定めた参照マップを記録しており、与えられた操舵速度信号Ｖθ及び車速信号Ｖに応じて、電動モータＭへの指示回転速度を出力し、偏差演算部２１に与える。
電動モータＭの回転速度センサ１７が検出した回転速度が、偏差演算部２１に与えられ、偏差演算部２１は、指示回転速度から回転速度を差し引いてその偏差を演算し、ＰＩ制御部２２に与える。
ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づきＰＩ制御する為の制御信号を演算し、ＰＷＭ回路２３に与える。
ＰＷＭ回路２３は、与えられた制御信号に応じたパルス幅のパルス信号を出力して、電動モータＭを駆動する。

図３は、上述した電子制御ユニットＥＣＵ及び操舵角センサ８の接続例を示す回路図である。操舵角センサ８は、内蔵するロータリエンコーダからのオン／オフ信号をＮＰＮ型トランジスタＴｒのベースに与えている。トランジスタＴｒのエミッタは、抵抗Ｒ２を通じて接地されており、コレクタは、逆流防止用のダイオードＤのカソードに接続されると共に、抵抗Ｒ３を通じて接地されている。
ダイオードＤは、電子制御ユニットＥＣＵに内蔵され、そのアノードは、抵抗Ｒ１を通じて５Ｖ電源に接続されると共に、操舵速度算出部２４及び故障検出部２７の各入力端子に接続されている。

このような構成の電子制御ユニットＥＣＵ及び操舵角センサ８では、パルス信号Ｓの電圧は、電源電圧５Ｖの、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３及びＲ２の合成抵抗（Ｒ２・Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））との分電圧となる。ロータリエンコーダからオフ信号がトランジスタＴｒのベースに与えられているとき、パルス信号Ｓは、電源電圧５Ｖの抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３との分電圧となり、オン信号となる。ロータリエンコーダからオン信号がトランジスタＴｒのベースに与えられているとき、パルス信号Ｓは、電源電圧５Ｖの抵抗Ｒ１と合成抵抗Ｒ２・Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）との分電圧となり、オフ信号となる。

パルス信号Ｓは、操舵速度算出部２４及び故障検出部２７に与えられ、操舵速度算出部２４は、与えられたパルス信号の所定時間当たりの個数から操舵速度Ｖθを算出し、モータ回転速度マップ２０に与える。
モータ回転速度マップ２０は、与えられた操舵速度信号Ｖθ及び車速信号Ｖに応じて、電動モータＭへの指示回転速度を出力し、偏差演算部２１に与える。
偏差演算部２１は、指示回転速度から、回転速度センサ１７が検出した回転速度を差し引いてその偏差を演算し、ＰＩ制御部２２に与える。
ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づきＰＩ制御する為の制御信号を演算して、ＰＷＭ回路２３に与える。
ＰＷＭ回路２３は、与えられた制御信号に応じたパルス幅のパルス信号を出力して、駆動回路１９をオン／オフし、電動モータＭを駆動する。

一方、パルス信号Ｓは、故障検出部２７にも与えられ、故障検出部２７は、パルス信号Ｓのオン信号／オフ信号の各電圧値が、故障検出電圧マップ２６に設定された各閾値を超えたときに天絡故障／地絡故障を検出し、故障信号を出力する。
更に、温度検出部２５が、抵抗Ｒ１付近の温度を検出し、検出された温度は故障検出電圧マップ２６に与えられる。故障検出電圧マップ２６は、与えられた温度に応じた電圧値を故障検出部２７に与える。故障検出部２７は、与えられた電圧値により、地絡故障を検出する為の電圧値を更新する。

ここで、抵抗Ｒ１の温度が上昇し抵抗値が増大すると、プルアップされたパルス信号Ｓの電圧値が低下して、地絡故障を検出する為の閾値との差が小さくなるので、電磁波ノイズ等の外来ノイズにより誤って故障検出され易くなる。その為、故障検出電圧マップ２６は、図６に示すように、温度が上昇する程、地絡故障を検出する為の電圧値が低くなるように設定してある。この場合、故障検出部２７は、天絡故障を検出する為の電圧値は、そのまま据え置くか、または、低くするように更新する。

また、逆に、パルス信号がプルダウンされている場合は、プルダウン抵抗の抵抗値が増大すると、パルス信号の電圧値が上昇して、天絡故障を検出する為の閾値との差が小さくなるので、電磁波ノイズ等の外来ノイズにより誤って故障検出され易くなる。この場合は、故障検出電圧マップ２６は、温度が上昇する程、天絡故障を検出する為の電圧値が高くなるように設定しておき、故障検出部２７は、天絡故障を検出する為の電圧値を更新する。この場合、故障検出部２７は、地絡故障を検出する為の電圧値は、そのまま据え置くか、または、高くするように更新する。

本発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を模式的に示す説明図である。図１に示す電子制御ユニット、駆動回路、電動モータ及び回転速度センサの構成例を示すブロック図である。図１に示す電子制御ユニット及び操舵角センサの接続例を示す回路図である。モータ回転速度マップの例を示す特性図である。操舵角センサが出力するパルス（列）信号の例を示す説明図である。故障検出電圧マップに記録された、温度と地絡故障を検出する為の電圧値との関係を定めた参照マップの例を示す説明図である。

符号の説明

１ステアリング機構、２ステアリングホイール、３ステアリング軸、４ピニオン、５ラック軸、８操舵角センサ（操舵角検出手段、ロータリエンコーダ）、１０パワーシリンダ、１１ピストン、１３油圧制御弁、１６オイルポンプ、１９駆動回路、２０モータ回転速度マップ、２２ＰＩ制御部、２３ＰＷＭ回路、２４操舵速度算出部（操舵速度検出手段）、２５温度検出部（温度を検出する手段）、２６故障検出電圧マップ（変更手段、参照テーブル）、２７故障検出部（故障検出手段、変更手段）、ＥＣＵ電子制御ユニット、Ｍ電動モータ、Ｒ１〜Ｒ３抵抗、Ｔｒトランジスタ

Claims

操舵部材と共に回動する操舵角検出手段から、抵抗を通じてプルアップ又はプルダウンされて与えられたパルス信号の個数に基づき、操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、前記パルス信号が所定の電圧範囲を外れたときに、前記操舵速度検出手段の故障を検出する故障検出手段とを備え、前記操舵速度検出手段が検出した操舵速度に基づき、電動モータを回転制御し、該電動モータが駆動するオイルポンプが発生させた油圧により操舵補助するパワーステアリング装置において、
前記抵抗付近の温度を検出する手段と、該手段が検出した温度に基づき、前記電圧範囲を変更する変更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。
前記変更手段は、前記抵抗の温度特性に基づき、前記温度と前記電圧範囲とを対応させてある参照テーブルを備え、該参照テーブルの参照結果により変更するように構成してある請求項１記載のパワーステアリング装置。