JPH10310067A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クラッチやロータ位置検出センサ，操舵角度
センサの異常を的確にかつ低コストで検出する。 【解決手段】 ＦＥＰＳコントローラ２’において、先
ず、クラッチ６へクラッチ接続指示を出力しているか否
かをチェックする。クラッチ接続指示が出力されていれ
ば、ロータ位置検出センサ５からの信号によるモータ回
転速度Ｎと操舵角度センサ７からの信号による操舵速度
ｎとの一致・不一致をみる。不一致であれば、ロータ位
置検出センサ５，操舵角度センサ７あるいはクラッチ６
の異常と判断し、フェールセーフ処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、操舵力アシスト
モータとしてＤＣブラシレスモータを用い、このモータ
の出力軸と後段の操舵アシスト機構との間にクラッチを
有する電動式パワーステアリング装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１に従来のＦＥＰＳ（全電動式パワー
ステアリング装置）の要部を示す。同図において、１は
操舵力アシストモータ（ＤＣブラシレスモータ）、２は
ＦＥＰＳコントローラ、３はステアリングコラムシャフ
ト、４は操舵トルクセンサ、５はモータ１に取り付けら
れたロータ位置検出センサ、６はモータ１の出力軸と後
段の操舵アシスト機構との間に設けられたクラッチ、７
はクラッチ６を介する動力伝達経路（この例では、クラ
ッチ６に直結されたギア８の軸）に取り付けられた操舵
角度センサ（ロータリエンコーダ）である。

【０００３】このＦＥＰＳにおいて、ＦＥＰＳコントロ
ーラ２は、操舵トルクセンサ４，ロータ位置検出センサ
５および操舵角度センサ７からの信号を入力とし、その
時々の操舵トルクおよび操舵角度（操舵速度）に応ずる
目標アシスト力を求め、 この目標アシスト力が発生す
るように、モータ１への供給電流を制御する。この場
合、ＦＥＰＳコントローラ２は、モータ１のモータコイ
ルへの通電切換タイミングをロータ位置検出センサ５か
らの信号より得る。また、ＦＥＰＳコントローラ２は、
モータ１への供給電流の制御（アシスト力の制御）に際
して、クラッチ６へクラッチ接続指示を与える。このク
ラッチ接続指示を受けてクラッチ６が接続状態とされ、
モータ１の回転力が後段の操舵アシスト機構へ伝わる。
システムに異常が発生すると、ＦＥＰＳコントローラ２
はクラッチ６へクラッチ接続断指示を与え、クラッチ６
を断とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のＦＥＰＳによると、クラッチ６が滑るという
異常が発生すると、操舵に対するアシスト力が不足した
り、アシスト力が不連続となる。このため、運転者が操
舵違和感を感じたり、走行の安定性が保てなくなる。こ
こで、クラッチ６の作動および異常を検出する方法とし
て、クラッチ６を電磁クラッチとした場合、次のような
方法が考えられる。

【０００５】システムが作動していない状況（例え
ば、車両エンジン始動直後）において、短時間の間に、
モータ１の駆動とクラッチ６のオン／オフ作動を行い、
これによりクラッチ６の作動および異常をチェックす
る。 モータ１の出力トルクに対する操舵アシスト力の関係
を監視する。この場合、これらの力を直接検出するには
技術的に難しかったり、コストが高いため、モータ電流
や操舵力等の関係からこれらを推定することが一般的で
ある。 クラッチ６を作動させる電磁力を発生させるコイルの
断線・導通をチェックする。

【０００６】しかしながら、これらの方法では、クラッ
チ６が全く接続しなかったといった大まかな異常検出は
できるとしても、クラッチ６の滑りそのものを的確に検
出することは難しい。ここで、クラッチ６が滑っている
か否かの判断方法として、クラッチ６の入力軸と出力軸
との回転数差をみる方法が考えられる。すなわち、クラ
ッチ６の入力軸と出力軸に、それぞれ回転センサを取り
付けることが考えられる。しかしながら、クラッチ６の
滑りを検出するために、これらの回転センサを特別に設
けることは経済的ではない。

【０００７】一方、図１に示したＦＥＰＳでは、操舵角
度センサ７が故障した場合、そのセンサ故障を素早く検
出しそれに制御を対応させる必要がある。また、ロータ
位置検出センサ５が故障した場合、モータ１の回転を正
常に制御することができなくなるため、早急な対処が必
要となる。一般的に、センサ単体の故障検出は、そのセ
ンサ形態（例えば、パルス出力式、発電式など）によっ
て色々な方法がある。例えば、センサ出力の変動の周期
性からセンサ異常を判断したり、システム上の応答性上
ありえないようなセンサ出力変動や周波数変動が検出さ
れた場合にセンサ異常とする。しかしながら、センサ単
体では検出しにくい故障モードが存在する。具体的に
は、センサ出力が平均的に低下するような故障の場合
や、センサ故障による出力信号の変動に周期性がないよ
うな場合、その故障検出は難しい。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、クラッチや
ロータ位置検出センサ，操舵角度センサの異常を的確に
かつ低コストで検出することのできる電動式パワーステ
アリング装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第１発明（請求項１に係る発明）は、上述し
た電動式パワーステアリング装置において、コントロー
ラ（ＦＥＰＳコントローラ）に、クラッチ接続指示を出
している場合、ロータ位置検出センサからの信号に基づ
いて検出されるモータ回転速度と操舵角度センサからの
信号に基づいて検出される操舵速度との関係から、ロー
タ位置検出センサおよび操舵角度センサを含むクラッチ
接続系の異常を検出する機能を付加したものである。こ
の発明によれば、ロータ位置検出センサからの信号に基
づくモータ回転速度と操舵角度センサからの信号に基づ
く操舵速度との関係から、例えばこのモータ回転速度と
操舵速度とが一致しない場合、センサ異常またはクラッ
チ異常と判断される。

【００１０】第２発明（請求項２に係る発明）は、上述
した電動式パワーステアリング装置において、コントロ
ーラ（ＦＥＰＳコントローラ）に、クラッチ接続指示を
出している場合、ロータ位置検出センサからの信号に基
づいて検出されるモータ回転速度と操舵角度センサから
の信号に基づいて検出される操舵速度との関係からクラ
ッチの異常を検出する機能を付加したものである。この
発明によれば、ロータ位置検出センサからの信号に基づ
くモータ回転速度と操舵角度センサからの信号に基づく
操舵速度との関係から、例えばこのモータ回転速度と操
舵速度とがモータ電流が小さいときは一致し、モータ電
流が大きいときその速度差が大きくなるような場合、ク
ラッチ異常と判断される。

【００１１】第３発明（請求項３に係る発明）は、上述
した電動式パワーステアリング装置において、コントロ
ーラ（ＦＥＰＳコントローラ）に、クラッチ接続指示を
出している場合、ロータ位置検出センサからの信号に基
づいて検出されるモータ回転速度と操舵角度センサから
の信号に基づいて検出される操舵速度との関係からロー
タ位置検出センサおよび操舵角度センサの異常を検出す
る機能を付加したものである。この発明によれば、ロー
タ位置検出センサからの信号に基づくモータ回転速度と
操舵角度センサからの信号に基づく操舵速度との関係か
ら、例えばこのモータ回転速度と操舵速度とがモータ電
流の大きさに拘わらず一致しない場合、センサ異常と判
断される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。本実施の形態では、図１において、
ＦＥＰＳコントローラ２に代えてＦＥＰＳコントローラ
２’を用いている。図２にＦＥＰＳコントローラ２’の
特徴的な処理フローを示す。

【００１３】〔原理〕クラッチ６の入出力が繋がった状
態では、ロータ位置検出センサ５からの信号に基づいて
検出されるモータ回転速度Ｎと操舵角度センサ７からの
信号に基づいて検出される操舵速度ｎとは等しくなるの
が正常である。ところが、ロータ位置検出センサ５と操
舵角度センサ７の一方あるいは両方が故障すると、モー
タ回転速度Ｎと操舵速度ｎとが一致しなくなる。それ以
外でも、クラッチ６へクラッチ接続指示が出されている
もに拘わらずクラッチ７が滑ってしまったり、クラッチ
７の接続ができなくなってしまうと、ロータ位置検出セ
ンサ５からの信号によるモータ回転速度Ｎと操舵角度セ
ンサ７からの信号による操舵速度ｎとが不一致となる。

【００１４】そこで、クラッチ接続指示が出力されてい
る状態で、ロータ位置検出センサ５からの信号によるモ
ータ回転速度Ｎと操舵角度センサ７からの信号による操
舵速度ｎとが一致しなくなった場合、ロータ位置検出セ
ンサ５，操舵角度センサ７あるいはクラッチ６の異常と
判断し、フェールセーフ処理を行う。

【００１５】〔具体例：ＦＥＰＳコントローラ２’での
処理動作〕ＦＥＰＳコントローラ２’は、先ず、クラッ
チ６へクラッチ接続指示を出力しているか否かをチェッ
クする（図２に示すステップ２０１）。クラッチ接続指
示が出力されていれば、ステップ２０２へ進み、ロータ
位置検出センサ５からの信号によるモータ回転速度Ｎと
操舵角度センサ７からの信号による操舵速度ｎとの一致
・不一致を判断する。但し、ロータ位置検出センサ５か
らの信号によるモータ回転速度Ｎおよび操舵角度センサ
７からの信号による操舵速度ｎは、別の制御ルーチンで
定期的または割り込み処理にて行われているものとす
る。

【００１６】ここで、モータ回転速度Ｎと操舵速度ｎと
が一致していれば、センサ・クラッチ異常フラグを「Ｏ
ＦＦ」とする（ステップ２０３）。モータ回転速度Ｎと
操舵速度ｎとが不一致であれば、センサ・クラッチ異常
フラグを「ＯＮ」とする（ステップ２０４）。

【００１７】ＦＥＰＳコントローラ２’は、センサ・ク
ラッチ異常フラグが「ＯＮ」とされた場合、ロータ位置
検出センサ５，操舵角度センサ７あるいはクラッチ６の
異常と判断し、別の制御ルーチンにてシステムのフェー
ルセーフ処理を行う。例えば、その異常事態への対応と
して、ワーニングランプ（図示せず）を点灯すると共
に、クラッチ６を切り離す。

【００１８】なお、図２においては、ステップ２０２に
おいてモータ回転速度Ｎと操舵速度ｎとの一致・不一致
によって異常を判断するようにしたが、その判断基準と
してモータ回転速度Ｎと操舵速度ｎとの速度差に幅を持
たせるようにしてもよい。すなわち、モータ回転速度Ｎ
と操舵速度ｎとの速度差がある一定値以上生じた場合
に、ロータ位置検出センサ５，操舵角度センサ７あるい
はクラッチ６の異常と判断するようにしてもよい。この
ような判断方法を採用することにより、計算上の誤差等
による誤判断を無くすことが可能となり、より実用的と
なる。

【００１９】この実施の形態では、ステップ２０２でモ
ータ回転速度Ｎと操舵速度ｎとが不一致であれば、ロー
タ位置検出センサ５，操舵角度センサ７あるいはクラッ
チ６の異常と判断される。この場合、その異常箇所を特
定することはできないが、センサ異常を含むクラッチ接
続系の異常を的確に検出することができる。

【００２０】すなわち、この実施の形態で重要なこと
は、異常箇所の特定ではなく、センサ単体では検出しに
くい故障やクラッチの滑りを如何にして簡単に検出する
かにある。すなわち、この実施の形態では、モータ回転
速度Ｎと操舵速度ｎとを比較することにより、ロータ位
置検出センサ５や操舵角度センサ７の出力の低下といっ
たセンサ単体では検出しにくい故障やクラッチ６の滑り
について、トータル的に検出することができる。しか
も、クラッチ６の入出力に特別に回転センサを設けるこ
となく、既存のロータ位置検出センサ５および操舵角度
センサ７を用いてクラッチ６の滑りを検出することがで
きるので、経済的となる。

【００２１】なお、図２において判断条件を変えれば、
もう少し故障分類を細かくすることができる。例えば、
モータ１への電流（モータ電流）Ｉの検出を合わせて行
うことで、以下のような故障判断が可能となる。

【００２２】すなわち、モータ電流Ｉとモータ回転速度
Ｎと操舵速度ｎとの速度差との関係を監視し、モータ電
流Ｉが小さいときモータ回転速度Ｎと操舵速度ｎとが一
致し、モータ電流Ｉが大きいとその速度差が大きくなる
ような場合、クラッチ６が滑っていると判断する。

【００２３】これに対し、モータ回転速度Ｎと操舵速度
ｎとがモータ電流Ｉの大きさに拘わらず一致しない場
合、ロータ位置検出センサ５および操舵角度センサ７の
何れか一方の異常であると判断する。

【００２４】モータ電流Ｉが大きくなることはモータ１
の出力が大きくなることなので、モータ１の出力大小の
関係とクラッチ６の滑り状況には関連があると考えられ
る。すなわち、モータ電流Ｉをパラメータとして加える
ことにより、回転センサ（ロータ位置検出センサ５およ
び操舵角度センサ７のどちらか）が故障したのか、クラ
ッチ６が故障したのかの判断が可能となる。また、この
故障検出により、車両整備上のダイアグノーシス出力に
際して、回転センサかクラッチかの故障箇所を特定して
整備者に知らせることが可能となる。

【００２５】クラッチ６の滑りの状況の操舵への影響
は、モータ電流Ｉが大きい時のみクラッチ滑りが生じて
いる場合には、ステアリング出力が大きくなるような操
舵条件の時に影響がでる。すなわち、据え切り状態で操
舵舵角が大きくなるとハンドル操作の重さが増したり、
早い操舵のとき瞬間的に大きな操舵力が必要となったり
する。この場合、すぐには問題は発生しないと考える。
しかし、モータ電流Ｉが小さな状況下でクラッチ６が滑
ってしまうという状況が発生した場合、絶対的なアシス
ト力が低下してしまうため、安定した操舵ができなくな
ってしまう可能性が高まる。いずれの場合も、ＦＥＰＳ
としては性能低下および故障状態であり、ワーニングラ
ンプを点灯させることで運転者に故障を知らせる。

【００２６】回転センサの故障と判断した場合（モータ
電流Ｉの大きさに関係なくモータ回転速度Ｎと操舵速度
ｎとに速度差が生じた場合）は、操舵になるべく影響を
与えないようにしながら、速やかに操舵アシストを中止
しなければならない。したがって、このような故障状況
では、クラッチ６を切り離すことにする。

【００２７】なお、ロータ位置検出センサ５および操舵
角度センサ７について、その出力信号をチェックするこ
とによる個別の故障検出を併用してもよい。これによ
り、すなわちモータ電流Ｉとモータ回転速度Ｎと操舵速
度ｎとの速度差との関係からセンサ故障を判定する方法
と個別に故障を検出する方法とを併用することにより、
故障検出の精度を高めることが可能となる。また、回転
センサ異常検出時、その異常センサがロータ位置検出セ
ンサ５であるのか操舵角度センサ７であるのかを特定
し、その特定したセンサに応じた対応を行うことができ
るようになる。もちろん、クラッチ７についても、クラ
ッチ単独で検出可能な故障判断を併用するようにしても
よく、その故障判断結果に応じた対応を行うことができ
るようになる。

【００２８】また、図１においては、ロータ位置検出セ
ンサ１と操舵角度センサ７とは同一軸上に設置している
が、操舵角度センサ７がステアリングコラムシャフト３
に装着されている場合でも、上述と同様にしてロータ位
置検出センサ５，操舵角度センサ７あるいはクラッチ６
の異常を検出することができる。また、この実施の形態
では操舵角度センサ７としてロータリエンコーダを用い
たが、操舵角度が検出することができるものであればど
のような形態のセンサを用いてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、ロータ位置検出センサからの信号に基づ
くモータ回転速度と操舵角度センサからの信号に基づく
操舵速度との関係から、例えばこのモータ回転速度と操
舵速度とが一致しない場合、センサ異常またはクラッチ
異常と判断されるものとなり、クラッチやロータ位置検
出センサ，操舵角度センサの異常を的確にかつ低コスト
で検出することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来および本発明に係るＦＥＰＳの要部を示
す図である。

【図２】 このＦＥＰＳにおける本発明特有の処理動作
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…操舵力アシストモータ（ＤＣブラシレスモータ）、
２’…ＦＥＰＳコントローラ、３…ステアリングコラム
シャフト、４…操舵トルクセンサ、５…ロータ位置検出
センサ、６…クラッチ、７…操舵角度センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵力アシストモータとして用いられる
   ブラシレスＤＣモータと、このモータに取り付けられそ
   のロータ位置を検出するロータ位置検出センサと、前記
   モータの出力軸と後段の操舵アシスト機構との間に設け
   られたクラッチと、このクラッチを介する動力伝達経路
   に取り付けられた操舵角度センサと、操舵トルクを検出
   する操舵トルクセンサと、少なくとも前記ロータ位置検
   出センサ，操舵角度センサおよび操舵トルクセンサから
   の信号に基づいて前記モータへの供給電流を制御する一
   方、この供給電流の制御に際して前記クラッチへクラッ
   チ接続指示を与えるコントローラとを備えた電動式パワ
   ーステアリング装置において、 前記コントローラは、 前記クラッチへクラッチ接続指示を出している場合、前
   記ロータ位置検出センサからの信号に基づいて検出され
   るモータ回転速度と前記操舵角度センサからの信号に基
   づいて検出される操舵速度との関係から、前記ロータ位
   置検出センサおよび前記操舵角度センサを含むクラッチ
   接続系の異常を検出する異常検出手段を備えていること
   を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 操舵力アシストモータとして用いられる
   ブラシレスＤＣモータと、このモータに取り付けられそ
   のロータ位置を検出するロータ位置検出センサと、前記
   モータの出力軸と後段の操舵アシスト機構との間に設け
   られたクラッチと、このクラッチを介する動力伝達経路
   に取り付けられた操舵角度センサと、操舵トルクを検出
   する操舵トルクセンサと、少なくとも前記ロータ位置検
   出センサ，操舵角度センサおよび操舵トルクセンサから
   の信号に基づいて前記モータへの供給電流を制御する一
   方、この供給電流の制御に際して前記クラッチへクラッ
   チ接続指示を与えるコントローラとを備えた電動式パワ
   ーステアリング装置において、 前記コントローラは、 前記クラッチへクラッチ接続指示を出している場合、前
   記ロータ位置検出センサからの信号に基づいて検出され
   るモータ回転速度と前記操舵角度センサからの信号に基
   づいて検出される操舵速度との関係から、前記クラッチ
   の異常を検出する異常検出手段を備えていることを特徴
   とする電動式パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】 操舵力アシストモータとして用いられる
   ブラシレスＤＣモータと、このモータに取り付けられそ
   のロータ位置を検出するロータ位置検出センサと、前記
   モータの出力と後段の操舵アシスト機構との間に設けら
   れたクラッチと、このクラッチを介する動力伝達経路に
   取り付けられた操舵角度センサと、操舵トルクを検出す
   る操舵トルクセンサと、少なくとも前記ロータ位置検出
   センサ，操舵角度センサおよび操舵トルクセンサからの
   信号に基づいて前記モータへの供給電流を制御する一
   方、この供給電流の制御に際して前記クラッチへクラッ
   チ接続指示を与えるコントローラとを備えた電動式パワ
   ーステアリング装置において、 前記コントローラは、 前記クラッチへクラッチ接続指示を出している場合、前
   記ロータ位置検出センサからの信号に基づいて検出され
   るモータ回転速度と前記操舵角度センサからの信号に基
   づいて検出される操舵速度との関係から、前記ロータ位
   置検出センサおよび前記操舵角度センサの異常を検出す
   る異常検出手段を備えていることを特徴とする電動式パ
   ワーステアリング装置。