JPWO2016136308A1 - パワーステアリング装置およびその制御装置 - Google Patents

Abstract

パワーステアリング装置１が、コントロールユニット３３に設けられた異常検出回路５０を備えている。上記異常検出回路５０は、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲内で周期的に変化する操舵トルクＴｒ等の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌが所定値よりも大きいときに、装置の異常と判断している。

Description

本発明は、車両に適用されるパワーステアリング装置およびその制御装置に関する。

特許文献１には、パワーステアリング装置が開示されており、該パワーステアリング装置では、水滴センサが、ギアハウジング端部内周に設置されている。この水滴センサによりラックバーに付着した水滴を検出すると、上記パワーステアリング装置に異常が発生したものとして運転者に知らせるようになっている。

特開２００６−１１１０３２号公報

しかし、特許文献１のようなパワーステアリング装置では、水滴の侵入による異常検出のために付加的な水滴センサが必要であるため、上記装置のコストが増加し、異常検出回路が複雑になってしまう。

本発明は、特に、操舵トルク、電動モータの指令信号、または電動モータに流れるモータ電流である操舵力情報の値が第１周波数以上、第２周波数以下となる所定周波数範囲内で周期的に変化し、かつ上記所定周波数範囲内における上記操舵力情報の値が所定値よりも大きいときに、装置の異常と判断する異常検出回路を有することを特徴としている。

本発明によれば、上記所定周波数範囲内における上記操舵力情報の値が所定値よりも大きい状態を装置の異常として異常検出を行うようにしたことから、水滴センサのような別の構成要素を用いることなく、上記操舵力情報の値の変化に基づいて装置の異常を精度良く検出することができる。

即ち、操舵機構に錆が生じて、上記所定周波数範囲内における上記操舵力情報の値が増加して上記所定値よりも大きくなったときに装置の異常と判断されるので、装置の異常を精度良く検出することができる。

本発明に係るパワーステアリング装置の概略図である。 図１に示すパワーステアリング装置を矢印Ａ方向から見た図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿ったパワーステアリング装置の断面図である。 図１の制御ユニットの制御ブロック図である。 （ａ）新品のボールねじ機構を有したパワーステアリング装置を台上に設置して実験したときのデータを示すグラフ、および（ｂ）錆が生じたボールねじ機構を有したパワーステアリング装置を台上に設置して実験したときのデータを示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ舗装路面上で実験したときのデータを示すグラフであり、（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ砂利を有した路面上で実験したときのデータを示すグラフである。 図４における錆検出部の制御の第１の実施例を示すフローチャートである。 図４における錆検出部の制御の第２の実施例を示すフローチャートである。 図４における錆検出部の制御の第３の実施例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るパワーステアリング装置１の実施例を、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に示すように、車両の運転室内に配置されたステアリングホイール２と、車両の前輪である操舵輪３Ａ，３Ｂとが、操舵機構４によって機械的に連結されている。上記操舵機構４は、中間軸５および自在継手６を介して一体的に回転するように連結された操舵軸７と、上記操舵軸７に図示しないトーションバーを介して連結された鉄系金属材料（鋼材）からなるピニオン軸８と、上記ピニオン軸８の外周に設けられたピニオン８Ａと噛み合うラック９Ａが外周に設けられた鉄系金属材料（鋼材）からなるラックバー９と、を備えている。そして、ラックバー９の両端部は、それぞれボールジョイント１０，１１、タイロッド１２，１３およびナックルアーム１４，１５等を介して対応する操舵輪３Ａ，３Ｂに連結されている。

このような構成により、運転者がステアリングホイール２を回転操作すると、これに伴って中間軸５および操舵軸７が軸回りに回転して上記トーションバーが捩られ、これにより生じるトーションバーの弾性力によって、ピニオン軸８が操舵軸７に追従して回転する。そして、上記ピニオン軸８の回転運動が上記のラック９Ａおよびピニオン８Ａからなるラック＆ピニオン機構によりラックバー９の軸方向に沿う直線運動に変換され、ボールジョイント１０，１１およびタイロッド１２，１３を介してナックルアーム１４，１５が車幅方向へと引っ張られることによって、操舵輪３Ａ，３Ｂの向きが変更される。

また、上記操舵軸７およびピニオン軸８を収容するセンサハウジング１６には、各種の情報を検出するセンサとして、操舵軸７の操舵角を検出する操舵角センサ１７（図４）と、上記トーションバーの捩れによる操舵軸７とピニオン軸８の相対回転角度差に基づいて操舵軸７に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ１８（図４）と、が設けられている。

さらに、上記ラックバー９を収容するギアハウジング１９の軸方向両端には、それぞれタイロッド１２，１３の一端側外周を覆う蛇腹状のブーツ２０，２１が設置されている。上記蛇腹状のブーツ２０，２１は、例えば合成ゴム材料等により所定の可撓性を確保するように形成され、上記ラックバー９や後述するボールねじ機構２２への水や埃等の侵入を防止している。

操舵機構４に操舵力を付与する電動モータ２３は、特に図３に示すように、その出力軸２４の先端部外周に固設された入力プーリ２５と、ラックバー９の外周に固設された出力プーリ２６と、がベルト２７を介して接続されることで、上記ラックバー９と連係されている。なお、両プーリ２５，２６およびベルト２７をもって、伝達機構が構成されている。そして、上記出力プーリ２６とラックバー９との間には、減速機である螺旋状の溝形状を有するボールねじ機構２２が介装されている。

上記ボールねじ機構２２は、ラックバー９の外周面に設けられ、螺旋状の溝形状を有するラックバー側ボールねじ溝２８と、上記ラックバー９を包囲するように環状に設けられ、ラックバー９に対し回転自在に設けられた鉄系金属材料からなるナット２９と、該ナット２９の内周面に設けられ、ラックバー側ボールねじ溝２２と共にボール循環溝３０を構成する螺旋状の溝形状を有するナット側ボールねじ溝３１と、上記ボール循環溝３０内に設けられた鉄系金属材料からなる複数のボール３２と、ナット２９の径方向外側に設けられ、ボール３２がボール循環溝３０の一端側から他端側へ循環可能にボール循環溝３０の一端側と他端側とを接続する鉄系金属材料からなる図示外のチューブ（循環部材）と、から構成され、ベルト２７を介して伝達される電動モータ２３の回転が減速されながらラックバー９の直線運動に変換されるようになっている。

コントロールユニットとしての制御ユニット（ＥＣＵ）３３は、電動モータ２３と一体に構成され、各種制御処理を記憶および実行する機能を有し、上記操舵角、操舵トルクおよび車速等の情報に基づいて、上記操舵機構４に操舵アシストトルクを付与する電動モータ２３を駆動制御する。かかる制御ユニット３３の具体的な構成については、以下に、図４に基づいて詳述する。

図４は、上記制御ユニット３３の制御構成の詳細を示す制御ブロック図である。

上記制御ユニット３３は、トルクセンサ１８が検出した操舵トルクの信号である操舵トルク信号Ｔｒ（以下、「操舵トルクＴｒ」と称する。）や、例えば図外のデファレンシャルギアに設置された車速センサ３４が検出した車速信号Ｖｓ（以下、「車速Ｖｓ」と称する。）等に基づいて電動モータ２３を駆動させる駆動電流Ｉｏを演算し、これを電動モータ２３側へと出力するアシスト電流指令部３５と、操舵トルクＴｒ等に基づいて上記パワーステアリング装置１の異常を検出して、上記アシスト電流指令部３５等を制御する異常検出指令部３６と、から構成されている。ここで、トルクセンサ１８は、トルクセンサ１８からの操舵トルクＴｒを受信する、上記制御ユニット３３に設けられた操舵トルク信号受信部３７に接続されている。車速センサ３４は、該車速センサ３４からの車速Ｖｓを受信する、同じく制御ユニット３３に設けられた車速信号受信部３８に接続されている。

上記アシスト電流指令部３５は、車速Ｖｓと操舵角センサ１７が検出した操舵角信号θａｎｇ（以下、「操舵角θａｎｇ」と称する。）と操舵トルクＴｒとに基づいて電動モータ２３を駆動制御するモータ指令電流信号ＴＲｒ（以下、「モータ指令電流ＴＲｒ」と称する。）を演算するアシスト電流演算部３９と、上記モータ指令電流ＴＲｒが所定上限値以下となるように制限する制限回路４０と、上記モータ指令電流ＴＲｒに基づいて電動モータ２３に対するモータ駆動信号Ｄを生成するモータ制御部４１と、上記モータ駆動信号Ｄに応じて電動モータ２３に対してモータ駆動電流Ｉｏを通電させるモータ駆動部４２と、から構成される。また、モータ駆動部４２と電動モータ２３との間に介在するモータ電流検出部４３によって、上記電動モータ２３に実際に流れる電流であるモータ実電流Ｉｒがモータ制御部４１にフィードバックされるようになっている。

また、上記電動モータ２３には、出力軸２４の回転速度信号Ｍｓ（以下、「回転速度Ｍｓ」と称する。）を検出するモータ回転速度センサ４４が取り付けられている。モータ回転速度センサ４４は、制御ユニット３３に設けられたモータ制御部４１および操舵速度演算部４５の双方に接続されている。上記モータ制御部３３は、モータ回転速度センサ４４が検出した回転速度Ｍｓに基づいてモータ駆動信号Ｄを調整し、これにより、上記電動モータ２３に流れるモータ実電流Ｉｒの量を制御する。また、上記操舵速度演算部４５は、上記回転速度Ｍｓに基づいて、ステアリングホイール２の回転速度である操舵速度Ｓｓを演算する。また、操舵速度演算部４５は、制御ユニット３３に設けられた操舵速度信号受信部４６に接続されており、該操舵速度信号受信部４６は、上記操舵速度演算部４５からの操舵速度Ｓｓを受信する。

上記異常検出指令部３６は、錆検出部４７と、該錆検出部４７の処理に応じて図外のワーニングランプ（警告灯）に警告表示する警告指令部４８と、同じく錆検出部４７の処理に応じて電動モータ２３の通電を遮断する電源遮断部４９と、から構成され、上記ラックバー９およびボールねじ機構２２における錆の発生に基づく異常を検出して運転者に知らせることによって、注意を喚起するようになっている。

上記錆検出部４７は、操舵速度Ｓｓと、操舵トルクＴｒである操舵力情報とに基づいてパワーステアリング装置１の異常を判断する異常検出回路５０を備えている。なお、操舵トルクＴｒが増加すれば、これに応じてモータ指令電流ＴＲｒも増加し、さらに、モータ指令電流ＴＲｒが増加すれば、これに応じてモータ実電流Ｉｒも増加するので、上記操舵力情報としてモータ指令電流ＴＲｒまたはモータ実電流Ｉｒを用いてもよい。上記錆検出部４７は、制限回路４０によりモータ指令電流ＴＲｒを制限している場合には、操舵トルクＴｒが上昇するため、上記操舵力情報を異常判断に用いないようにしている。

上記異常検出回路５０は、制御ユニット３３の図示しないマイクロコンピュータ内に設けられたプログラムを有してなる回路である。上記マイクロコンピュータ内では、操舵力情報がデジタルデータとして処理される。また、上記異常検出回路５０は、８〜１２Ｈｚ，２０〜２５Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの周波数範囲でそれぞれ周期的に変化する操舵力情報の周波数成分を抽出する第１〜第３のバンドパスフィルタ（フィルタ回路）５１ａ，５１ｂ，５１ｃを備えている。また、上記２０〜２５Ｈｚの周波数範囲の上限値である２５Ｈｚは、デジタルデータである上記操舵力情報の分解能または上記マイクロコンピュータの分解能以下の値となっている。

なお、上記２０Ｈｚおよび２５Ｈｚは、それぞれ特許請求の範囲に記載の第１の周波数および第２の周波数に対応している。

図５（ａ）は、新品のラックバー９およびボールねじ機構２２を有したパワーステアリング装置１を台上に設置して操舵速度３０度／秒で操舵したときのトーションバーのトルク変動に係る操舵トルクＴｒの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌを、時間毎にプロットして示したグラフである。上記ピークレベルＴｒｐｌは、操舵トルクＴｒを２０〜２５Ｈｚの周波数範囲でバンドパスフィルタ処理してトルク変動に係る周波数成分を抽出し、この周波数成分のピーク値Ｔｒｐの平均値をとったものである。上記ピークレベルＴｒｐｌは、周期的に変化しており、ピークレベルＴｒｐｌの値が高いほど、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲が多く含まれていることになる。

また、図５（ｂ）は、塩水に９日間浸して錆を生じさせたラックバー９およびボールねじ機構２２を有したパワーステアリング装置１を台上に設置して同じく操舵速度３０度／秒で操舵したときのトーションバーのトルク変動に係る操舵トルクＴｒの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌを、時間毎にプロットして示したグラフである。上記ピークレベルＴｒｐｌは、操舵トルクＴｒを同じく２０〜２５Ｈｚの周波数範囲でバンドパスフィルタ処理してトルク変動に係る周波数成分を抽出し、この周波数成分のピーク値Ｔｒｐの平均値をとったものである。

図５（ａ）と図５（ｂ）とを比較すると、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲で周期的に変化する周波数成分のピークレベルＴｒｐｌについて、錆を有するラックバー９およびボールねじ機構２２を有したパワーステアリング装置１の値の方が、新品のボールねじ機構２２を有したものの値よりも高くなっている。つまり、ラックバー９およびボールねじ機構２２に錆が生じたことにより、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲で、トーションバーのトルク変動が大きくなったといえる。

なお、他の周波数範囲、即ち８〜１２Ｈｚおよび４０〜５０Ｈｚについても上記図５（ａ）および図５（ｂ）と同様の実験を実施したが、新品のボールねじ機構２２を有したパワーステアリング装置１と、錆を有するラックバー９およびボールねじ機構２２を有したものとでは、周波数成分のピークレベルの差はほとんど無かった。

図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、新品のラックバー９およびボールねじ機構２２を有したパワーステアリング装置１を車両に搭載し、舗装路面上で所定操舵速度で操舵したときのトーションバーのトルク変動に係る操舵トルクＴｒの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌを、それぞれ時間毎にプロットして示したグラフである。図６（ａ）〜（ｃ）の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌは、操舵トルクＴｒを８〜１２Ｈｚ，２０〜２５Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの周波数範囲でそれぞれバンドパスフィルタ処理してトルク変動に係る周波数成分を抽出し、この周波数成分のピーク値Ｔｒｐの平均値をとったものである。

また、図６（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ、新品のラックバー９およびボールねじ機構２２を有したパワーステアリング装置１を車両に搭載し、砂利を有した路面上で所定操舵速度で操舵したときのトーションバーのトルク変動に係る操舵トルクＴｒの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌを、それぞれ時間毎にプロットして示したグラフである。図６（ｄ）〜（ｆ）の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌは、操舵トルクＴｒを同じく８〜１２Ｈｚ，２０〜２５Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの周波数範囲でそれぞれバンドパスフィルタ処理してトルク変動に係る周波数成分を抽出し、この周波数成分のピーク値Ｔｒｐの平均値をとったものである。

図６（ａ）と図６（ｄ）とを比較すると、８〜１２Ｈｚの周波数範囲で周期的に変化する周波数成分のピークレベルＴｒｐｌについて、砂利を有した路面上で操舵したときの値の方が、舗装路面上で操舵したときの値よりも高くなっている。

同様に、図６（ｂ）と図６（ｅ）とを比較してみると、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲で周期的に変化する周波数成分のピークレベルＴｒｐｌについて、砂利を有した路面上で操舵したときの値の方が、舗装路面上で操舵したときの値よりも高くなっている。

同様に、図６（ｃ）と図６（ｆ）とを比較してみると、４０〜５０Ｈｚの周波数範囲で周期的に変化する周波数成分のピークレベルＴｒｐｌについて、砂利を有した路面上で操舵したときの値の方が、舗装路面上で操舵したときの値よりも高くなっている。

このように、８〜１２Ｈｚ，２０〜２５Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの周波数範囲のいずれにおいても、周波数成分のピークレベルＴｒｐｌが、砂利を有した路面の凹凸から受ける振動の影響により増加する。しかし、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲については、周波数成分のピークレベルＴｒｐｌが、ラックバー９およびボールねじ機構２２の錆に起因した振動によっても増加する。従って、本実施例では、路面の凹凸により車両の振動が所定未満生じる路面例えば舗装路面を良路とし、さらに、路面の凹凸により車両の振動が所定以上生じる路面例えば砂利を有した路面を悪路として路面状況を予め判断しておき、良路走行中に、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲における操舵トルクの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌの変化に基づいて、上記ラックバー９およびボールねじ機構２２の錆の発生に基づく異常を検出していく。

ここで、良路および悪路の判断基準について説明する。

車両の直進走行中に、８〜１２Ｈｚ，２０〜２５Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの３つの周波数範囲でそれぞれ周期的に変化する操舵トルクの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌ全てが０．５Ｎｍよりも小さいときには、良路であると判断される。ここで、車両の直進走行の条件は、車速Ｖｓが１５ｋｍ／ｈよりも大きく、操舵トルクＴｒが１Ｎｍよりも小さく、操舵角θａｎｇが３０度よりも小さく、かつ操舵速度Ｓｓが５度／秒よりも小さいことである。上述した３つの周波数範囲の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌ全てが０．５Ｎｍよりも小さい状態が２秒間継続した場合には、錆検出部の後述する制御において、良路カウンタ値Ｃｎｔｇを「１」とする。

また、車両の直進走行中に、８〜１２Ｈｚ，２０〜２５Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの３つの周波数範囲の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌの少なくとも１つが、０．５Ｎｍ以上であるときには、悪路であると判断される。このとき、上記制御では、良路カウンタ値Ｃｎｔｇを「０」とする。なお、例えば高速道路の継ぎ目部分を含む波状路に関しては、操舵トルクＴｒの周波数成分が１０Ｈｚの次数（トーションバー共振周波数の次数成分）で変動するので、８〜１２Ｈｚの周波数範囲における悪路の判断により、上記波状路を検出することができる。

次に、上記ラックバー９およびボールねじ機構２２の錆の発生に基づく異常検出の判断基準について説明する。車両の良路走行中に操舵速度３０〜９０度／秒で操舵したときに、８〜１２Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの２つの周波数範囲における操舵トルクの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌの双方が０．５Ｎｍよりも小さく、かつ２０〜２５Ｈｚの周波数範囲における操舵トルクの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌが０．８Ｎｍよりも大きいときに、上記ラックバー９およびボールねじ機構２２の錆が発生したと判断される。このような状態が０．５秒間継続した場合には、錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒをカウントアップする。なお、操舵速度３０度／秒および操舵速度９０度／秒は、それぞれ特許請求の範囲に記載の第１の操舵速度および第２の操舵速度に対応している。

また、車両の良路走行中に操舵速度３０〜９０度／秒で操舵したときに、８〜１２Ｈｚ，２０〜２５Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの３つの周波数範囲の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌ全てが０．５Ｎｍよりも小さいときには、上記ラックバー９およびボールねじ機構２２の錆が発生していないものとして、錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒをカウントダウンする。

また、車両の良路走行中に操舵速度３０〜９０度／秒で操舵したときに、８〜１２Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの２つの周波数範囲の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌの少なくとも１つが０．５Ｎｍ以上であるときには、悪路であると判断して、前回の錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒを維持する。

なお、上記異常検出の処理は、車速Ｖｓが１５ｋｍ／ｈよりも大きく、かつトーションバーのトルクの方向が、操舵速度方向と一致しているときに行われる。また、８〜１２Ｈｚの周波数範囲の下限値である８Ｈｚは、人為的に操舵可能な周波数よりも高い値である。

次に、図７を参照して、錆検出部４７の制御の第１の実施例を説明する。

まず、操舵角センサ１７からの操舵角θａｎｇを取り込み（ステップ１）、トルクセンサ１８からの操舵トルクＴｒを取り込む（ステップ２Ａ）。そして、操舵トルクＴｒを、８〜１２Ｈｚの周波数範囲（ステップ３）、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲（ステップ４）および４０〜５０Ｈｚの周波数範囲（ステップ５）でバンドパスフィルタ処理して、トルク変動に係る操舵トルクＴｒの周波数成分を抽出する。次に、各周波数範囲における周波数成分のピークレベルＴｒｐｌを算出する（ステップ６）。そして、車速センサ３４からの車速Ｖｓを取り込み（ステップ７）、車速Ｖｓが所定値即ち１５ｋｍ／ｈよりも大きいかを判断し（ステップ８）、１５ｋｍ／ｈ以下の場合には、錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒが所定値、例えば「５」以上であるかを判断する（ステップ１３）。錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒが「５」以上の場合には、上記ラックバー９およびボールねじ機構２２の錆の発生に基づく異常と確定し（ステップ１４）、運転者に報知する。また、錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒが「５」よりも小さい場合には、上記ラックバー９およびボールねじ機構２２の錆が発生していないものとして、処理を終了する。

また、ステップ８において車速が１５ｋｍ／ｈよりも大きい場合には、車両が直進走行中であるかを判断する（ステップ９）。直進走行中である場合には、車両が悪路走行中であるかを判断する（ステップ１０）。悪路走行中の場合には、良路カウンタ値Ｃｎｔｇをクリアし（ステップ１１）、良路走行タイマＴｎｔｇをクリアして（ステップ１２）、ステップ１３に進む。

また、ステップ１０において、良路走行中の場合には、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌが所定値即ち０．８Ｎｍよりも大きいか判断する（ステップ１５）。０．８Ｎｍよりも大きい場合には、ピークレベルＴｒｐｌの増加は錆によるものではなく他の原因によるものであったとして、錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒをカウントダウンまたはクリアし（ステップ１９）、ステップ１３に進む。また、ステップ１５において、ピークレベルＴｒｐｌが０．８Ｎｍ以下の場合には、良路走行タイマＴｎｔｇをインクリメントし（ステップ１６）、良路走行タイマＴｎｔｇが所定値以上であるか判断する（ステップ１７）。所定値以上である場合には、良路カウンタ値Ｃｎｔｇをカウントアップし（ステップ１８）、ステップ１３に進む。また、所定値よりも小さい場合には、ステップ１３に進む。

また、ステップ９において、車両が直進走行中でない場合（つまり操舵が行われている場合）には、操舵速度Ｓｓが所定範囲内即ち３０〜９０度／秒の範囲内にあるかを判断する（ステップ２０）。３０〜９０度／秒の範囲内にないときには、ステップ１３に進む。また、３０〜９０度／秒の範囲内にあるときには、良路カウンタ値Ｃｎｔｇが所定値即ち「１」以上であるか判断する（ステップ２１）。「１」よりも小さい場合には、ステップ１３に進む。「１」以上の場合には、８〜１２Ｈｚ，２０〜２５Ｈｚ，４０〜５０Ｈｚの３つの周波数範囲の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌ全てが所定値即ち０．５Ｎｍよりも小さいか判断する。３つのピークレベルＴｒｐｌ全てが０．５Ｎｍよりも小さい場合には、錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒをカウントダウンまたはクリアし（ステップ２７）、錆検出タイマＴｎｔｒをクリアし（ステップ２８）、ステップ１３に進む。

また、ステップ２２において、３つのピークレベルＴｒｐｌ全てが０．５Ｎｍよりも小さいという条件を満たさない場合には、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲のみの周波数成分のピークレベルＴｒｐｌが所定値即ち０．８Ｎｍよりも大きいか判断する（ステップ２３）。０．８Ｎｍ以下の場合には、錆検出タイマＴｎｔｒをクリアし（ステップ２８）、ステップ１３に進む。０．８Ｎｍよりも大きい場合には、錆検出タイマＴｎｔｒをインクリメントし（ステップ２４）、錆検出タイマＴｎｔｒが所定値、例えば「５」以上であるか判断する（ステップ２５）。「５」以上である場合には、ステップ１３に進む。「５」よりも小さい場合には、錆検出カウンタ値Ｃｎｔｒをカウントアップし（ステップ２６）、ステップ１３に進む。

なお、上記実施例では、車速が１５ｋｍ／ｈよりも大きい場合に上記ラックバー９およびボールねじ機構２２の錆の発生に基づく異常を検出するようにしてあるが、車速が比較的高い所定車速、例えば高速道路走行中の８０ｋｍ／ｈ以上の車速のときには２０〜２５Ｈｚの周波数範囲の周波数成分のピークレベルＴｒｐｌを異常判断に用いないようにすることが望ましい。これは、例えば高速道路走行中のような所定車速以上のときには操舵操作がほとんど行われていない可能性が高いため、このときのピークレベルＴｒｐｌの値を異常判断に用いないようにするためである。これにより、異常判断の精度を向上させることができる。

なお、上記比較的高い所定車速は、特許請求の範囲に記載の所定車速に対応している。

以上のように構成されたパワーステアリング装置１によれば、所定周波数範囲内における操舵力情報の値が所定値よりも大きい状態を装置の異常として異常判断を行うようにしたことから、水滴センサのような別の構成要素を用いることなく、上記操舵力情報の値の変化に基づいて装置の異常を精度良く判断することができる。

即ち、操舵機構に錆が生じて、所定周波数範囲内における上記操舵力情報の値が増加して上記所定値よりも大きくなったときに装置の異常が判断されるので、装置の異常を精度良く判断することができる。

また、錆の発生に基づく装置の異常判断に、所定周波数範囲における周波数成分のピークレベルＴｒｐｌ即ちピーク値Ｔｒｐの平均値を用いるようにしたことから、ノイズ等の影響により周波数成分が増加してしまうことによる誤判断を抑制することができる。

さらに、上記実施例では、路面状況の判断に２０Ｈｚよりも低い周波数を用いないようにしたことから、運転者への注意喚起用の路面上の凹凸部を走行する際に生じる２０Ｈｚよりも低い周波数による誤判断を抑制し、装置の異常判断の精度を向上させることができる。

また、上記２０Ｈｚよりも低い周波数は人為的に操舵可能な周波数よりも高いので、運転者により周期的な操舵操作が行われた場合の操舵速度による誤判断を抑制することができる。

さらに、上記実施例では、錆の発生に基づく装置の異常判断に２５Ｈｚよりも高い周波数を用いないようにしたことから、より狭い周波数範囲で錆の発生を検出することにより、装置の異常判断の精度を向上させることができる。

また、上記実施例では、操舵速度Ｓｓが３０度／秒よりも小さいときの操舵力情報の値を異常判断に用いないようにしてある。これは、車両の直進状態やステアリングホイール２の保舵状態のように操舵速度Ｓｓが比較的低い状態においては、装置の異常に起因する操舵力情報の値の周期的な変化は出にくいため、このときの操舵力情報の値を異常判断に用いないようにするためである。これにより、錆の発生以外の原因、例えば路面の凹凸等の振動による誤判断を抑制し、異常判断の精度を向上させることができる。

さらに、上記実施例では、車両が直進状態のときの操舵力情報の値を異常判断に用いないようにしてある。これは、車両が直進状態であっても、排水溝付きの路面を走行しているときには、この路面による操舵力情報の値の変化が所定周波数範囲内に入ってくる可能性があるため、このときの操舵力情報の値を異常判断に用いないようにするためである。これにより、排水溝付きの路面による誤判断を抑制することができる。

また、上記実施例では、電動モータ２３の回転速度に基づいて操舵速度Ｓｓを演算するようにしたことから、別途、センサ等を設けることなく、操舵速度Ｓｓを得ることができる。

さらに、上記実施例では、操舵速度Ｓｓが９０度／秒よりも大きいときの操舵力情報の値を異常判断に用いないようにしてある。これは、操舵速度Ｓｓが比較的大きい急操舵時においては、装置の異常の有無に拘わらず操舵力情報の値が上昇する傾向があるため、このときの操舵力情報の値を異常判断に用いないようにするためである。これにより、異常判断の精度を向上させることができる。

さらに、上記実施例では、２０〜２５Ｈｚの周波数範囲の上限値である２５Ｈｚは、デジタルデータである上記操舵力情報の分解能または上記マイクロコンピュータの分解能以下の値となっている。これは、上記上限値を上記操舵力情報の分解能または上記マイクロコンピュータの分解能よりも高くした場合に、マイクロコンピュータでは、上記上限値を適切に判断することができないため、上限値を上述のような値にしたのである。これにより、マイクロコンピュータの能力の範囲以内で適切に異常判断を行うことができる。

また、上記実施例では、上記操舵力情報の値が上記所定周波数範囲内において上記所定値よりも大きいときに、装置の異常を直ぐに判断するのではなく、異常判断カウンタのカウンタ値が増加して所定値に到達したときに装置の異常と判断するようになるから、ノイズ等による誤判断を抑制することができる。

さらに、上記実施例では、上記操舵力情報の値が錆の発生とは関係ない値に戻った場合にカウンタ値を減少させることにより、ノイズによるカウンタ値の蓄積を抑制することができる。

また、上記実施例では、制限回路４０における電動モータ２３のモータ指令電流ＴＲｒを制限しているときには操舵トルクＴｒが上昇するため、このときの操舵力情報の値を用いないようにすることにより、異常判断の精度を向上させることができる。

さらに、上記実施例では、上記フィルタ回路を用いて、容易にかつ適切に所定周波数範囲内の操舵力情報を抽出することができる。

図８は、錆検出部４７の制御の第２の実施例を示している。この制御は、図７の第１の実施例の制御からステップ１５，１９を省略したものである。

また、図９は、錆検出部４７の制御の第３の実施例を示している。この制御は、図７の第１の実施例の制御からステップ１５，１９を省略し、さらに、図７の制御のステップ２Ａの「操舵トルク取り込み」を、ステップ２Ｂの「モータ回転速度取り込み」として置き換えたものである。上述したように、パワーステアリング装置１の異常を判断する操舵力情報として操舵トルクＴｒの代わりにモータ実電流Ｉｒを用いることができる。上記モータ実電流Ｉｒは、図４の実施例で説明したように、モータ回転速度センサ４４からの回転速度Ｍｓにより制御されるものである。従って、ステップ２Ｂにおいて、操舵トルクＴｒの代わりにモータ回転速度Ｍｓを取り込むことにより、制御されたモータ実電流Ｉｒが得られ、これを操舵力情報として用いることができる。

なお、上記各制御を、車両のイグニッションオンからイグニッションオフまでの期間を１トリップとしたときの複数トリップに亘って異常が検出された場合に、パワーステアリング装置１の異常を確定するように用いることができる。従って、より多くの情報に基づいて装置の異常を判断することになるので、異常判断の精度を向上させることができる。

以上説明した実施例に基づくパワーステアリング装置としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。

パワーステアリング装置は、その一つの態様において、ステアリングホイールの回転に伴い回転する操舵軸と、上記操舵軸の回転に応じて軸方向運動すると共に鉄系金属材料からなるラックバーと、を有する操舵機構と、上記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、上記操舵機構と上記電動モータとの間に設けられ、上記電動モータの回転力を上記操舵機構に伝達する減速機であって、上記ラックバーの外周側に設けられ螺旋状の溝形状を有する転舵軸側ボールねじ溝と、上記ラックバーを包囲するように環状に設けられ、上記ラックバーに対し回転自在に設けられた鉄系金属材料からなるナットと、上記ナットの内周側に設けられ螺旋状の溝形状を有し上記転舵軸側ボールねじ溝と共にボール循環溝を構成するナット側ボールねじ溝と、上記ボール循環溝内に設けられた鉄系金属材料からなる複数のボールと、上記ナットの回転軸に対する径方向において上記ナットの外側に設けられ、上記複数のボールが上記ボール循環溝の一端側から他端側へ循環可能に上記ボール循環溝の一端側と他端側とを接続する循環部材と、から構成されるボールねじ機構と、上記電動モータを駆動制御するコントロールユニットと、を有している。上記コントロールユニットには、上記操舵機構に発生する操舵トルクの信号を受信する操舵トルク信号受信部と、上記操舵トルクの信号に基づいて上記電動モータの指令信号を演算する指令信号演算部と、上記操舵トルク、電動モータの指令信号、または上記電動モータに流れるモータ電流である操舵力情報の値が第１の周波数以上、第２の周波数以下となる所定周波数範囲内で周期的に変化し、かつ上記所定周波数範囲内における上記操舵力情報の値が所定値よりも大きいときに、装置の異常と判断する異常検出回路と、が設けられている。

上記パワーステアリング装置の好ましい態様において、上記異常検出回路は、上記操舵トルク、上記電動モータの指令信号、または上記モータ電流の所定周波数範囲内における値のピーク値の平均値に基づいて装置の異常を判断する。

別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記異常検出回路は、上記第１の周波数よりも低い値を異常判断に用いない。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記コントロールユニットは、上記ステアリングホイールの回転速度である操舵速度の信号を受信する操舵速度信号受信部を備えており、上記第１の周波数は、人為的に操舵可能な周波数よりも高い値に設定されている。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記異常検出回路は、上記第２の周波数よりも高い値を異常判断に用いない。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、パワーステアリング装置は、操舵速度の信号を受信する操舵速度信号受信部を備えており、上記異常検出回路は、上記操舵速度が第１の操舵速度よりも小さいときの上記操舵力情報の値を異常判断に用いない。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記異常検出回路は、車両が直進走行中のときの上記操舵力情報の値を異常判断に用いない。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記操舵速度の信号は、上記電動モータの回転速度に基づいて演算される。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記コントロールユニットは、操舵速度の信号を受信する操舵速度信号受信部を備えており、上記異常検出回路は、上記操舵速度が第２の操舵速度以上のときの上記操舵力情報の値を異常判断に用いない。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記異常検出回路は、上記操舵力情報の値が所定周波数範囲内において上記所定値よりも大きいときに、異常判断用のカウンタ値をカウントアップし、異常判断カウンタのカウンタ値が所定カウンタ値に到達したときに、装置の異常と判断する異常判断カウンタを有している。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記異常判断カウンタは、上記操舵力情報の値が所定周波数範囲内において所定値よりも小さくなったとき、上記異常判断用のカウンタ値を減少させる。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、車両のイグニッションオンからイグニッションオフまでの期間を１トリップとするとき、上記異常検出回路は、複数トリップに亘って装置の異常が検出されたときに、装置の異常を確定する。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記コントロールユニットは、上記電動モータの指令信号が所定上限値以下となるように制限する制限回路を備えており、上記異常検出回路は、上記制限回路が上記電動モータの指令信号を制限しているときの上記操舵力情報の値を異常判断に用いない。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記異常検出回路は、上記所定周波数範囲内の上記操舵力情報を抽出するフィルタ回路を備えている。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記コントロールユニットは、車速の信号が入力される車速信号受信部を備えており、上記異常検出回路は、上記車速が所定車速以上のときの上記操舵力情報は、異常判断に用いない。

さらに別の好ましい態様では、上記パワーステアリング装置の態様のいずれかにおいて、上記コントロールユニットは、マイクロコンピュータを備えており、上記異常検出回路は、上記マイクロコンピュータ内に設けられたプログラムを有する回路であって、上記操舵力情報は、上記マイクロコンピュータ内でデジタルデータとして処理され、上記第２の周波数は、デジタルデータである上記操舵力情報の分解能または上記マイクロコンピュータの分解能以下の値となっている。

また、以上説明した実施例に基づくパワーステアリング装置の制御装置としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。

パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの回転に伴い回転する操舵軸と、上記操舵軸の回転に応じて軸方向運動すると共に鉄系金属材料からなるラックバーと、を有する操舵機構と、上記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、上記操舵機構と上記電動モータとの間に設けられ、上記電動モータの回転力を上記操舵機構に伝達する減速機であって、上記ラックバーの外周側に設けられ螺旋状の溝形状を有する転舵軸側ボールねじ溝と、上記ラックバーを包囲するように環状に設けられ、上記ラックバーに対し回転自在に設けられた鉄系金属材料からなるナットと、上記ナットの内周側に設けられ螺旋状の溝形状を有し上記転舵軸側ボールねじ溝と共にボール循環溝を構成するナット側ボールねじ溝と、上記ボール循環溝内に設けられた鉄系金属材料からなる複数のボールと、上記ナットの回転軸に対する径方向において上記ナットの外側に設けられ、上記複数のボールが上記ボール循環溝の一端側から他端側へ循環可能に上記ボール循環溝の一端側と他端側とを接続する循環部材と、から構成されるボールねじ機構と、を備えている。このパワーステアリング装置の制御装置は、上記操舵機構に発生する操舵トルクの信号を受信する操舵トルク信号受信部と、上記操舵トルクの信号に基づいて上記電動モータの指令信号を演算する指令信号演算部と、上記操舵トルク、上記電動モータの指令信号、または上記電動モータに流れるモータ電流である操舵力情報の値が第１の周波数以上、第２の周波数以下となる所定周波数範囲内で周期的に変化し、かつ上記所定周波数範囲内における上記操舵力情報の値が所定値よりも大きいときに、装置の異常と判断する異常検出回路と、を有している。

上記パワーステアリング装置の制御装置の好ましい態様において、上記異常検出回路は、上記第２の周波数よりも高い値を異常判断に用いない。

Claims (18)

1. ステアリングホイールの回転に伴い回転する操舵軸と、上記操舵軸の回転に応じて軸方向運動すると共に鉄系金属材料からなるラックバーと、を有する操舵機構と、
   上記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
   上記操舵機構と上記電動モータとの間に設けられ、上記電動モータの回転力を上記操舵機構に伝達する減速機であって、上記ラックバーの外周側に設けられ螺旋状の溝形状を有する転舵軸側ボールねじ溝と、上記ラックバーを包囲するように環状に設けられ、上記ラックバーに対し回転自在に設けられた鉄系金属材料からなるナットと、上記ナットの内周側に設けられ螺旋状の溝形状を有し上記転舵軸側ボールねじ溝と共にボール循環溝を構成するナット側ボールねじ溝と、上記ボール循環溝内に設けられた鉄系金属材料からなる複数のボールと、上記ナットの回転軸に対する径方向において上記ナットの外側に設けられ、上記複数のボールが上記ボール循環溝の一端側から他端側へ循環可能に上記ボール循環溝の一端側と他端側とを接続する循環部材と、から構成されるボールねじ機構と、
   上記電動モータを駆動制御するコントロールユニットと、
   上記コントロールユニットに設けられ、上記操舵機構に発生する操舵トルクの信号を受信する操舵トルク信号受信部と、
   上記コントロールユニットに設けられ、上記操舵トルクの信号に基づいて上記電動モータの指令信号を演算する指令信号演算部と、
   上記コントロールユニットに設けられ、上記操舵トルク、電動モータの指令信号、または上記電動モータに流れるモータ電流である操舵力情報の値が第１の周波数以上、第２の周波数以下となる所定周波数範囲内で周期的に変化し、かつ上記所定周波数範囲内における上記操舵力情報の値が所定値よりも大きいときに、装置の異常と判断する異常検出回路と、
   を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記異常検出回路は、上記操舵トルク、上記電動モータの指令信号、または上記モータ電流の所定周波数範囲内における値のピーク値の平均値に基づいて装置の異常を判断することを特徴とするパワーステアリング装置。
3. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記異常検出回路は、上記第１の周波数よりも低い値を異常判断に用いないことを特徴とするパワーステアリング装置。
4. 請求項３に記載のパワーステアリング装置において、上記コントロールユニットは、上記ステアリングホイールの回転速度である操舵速度の信号を受信する操舵速度信号受信部を備え、
   上記第１の周波数は、人為的に操舵可能な周波数よりも高い値に設定されることを特徴とするパワーステアリング装置。
5. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記異常検出回路は、上記第２の周波数よりも高い値を異常判断に用いないことを特徴とするパワーステアリング装置。
6. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、操舵速度の信号を受信する操舵速度信号受信部を備え、
   上記異常検出回路は、上記操舵速度が第１の操舵速度よりも小さいときの上記操舵力情報の値を異常判断に用いないことを特徴とするパワーステアリング装置。
7. 請求項６に記載のパワーステアリング装置において、上記異常検出回路は、車両が直進走行中のときの上記操舵力情報の値を異常判断に用いないことを特徴とするパワーステアリング装置。
8. 請求項７に記載のパワーステアリング装置において、上記操舵速度の信号は、上記電動モータの回転速度に基づいて演算されることを特徴とするパワーステアリング装置。
9. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記コントロールユニットは、操舵速度の信号を受信する操舵速度信号受信部を備え、
   上記異常検出回路は、上記操舵速度が第２の操舵速度以上のときの上記操舵力情報の値を異常判断に用いないことを特徴とするパワーステアリング装置。
10. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記異常検出回路は、上記操舵力情報の値が所定周波数範囲内において上記所定値よりも大きいときに、異常判断用のカウンタ値をカウントアップし、異常判断カウンタのカウンタ値が所定カウンタ値に到達したときに、装置の異常と判断する異常判断カウンタを有することを特徴とするパワーステアリング装置。
11. 請求項１０に記載のパワーステアリング装置において、上記異常判断カウンタは、上記操舵力情報の値が所定周波数範囲内において所定値よりも小さくなったとき、上記異常判断用のカウンタ値を減少させることを特徴とするパワーステアリング装置。
12. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、車両のイグニッションオンからイグニッションオフまでの期間を１トリップとするとき、
    上記異常検出回路は、複数トリップに亘って装置の異常が検出されたときに、装置の異常を確定することを特徴とするパワーステアリング装置。
13. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記コントロールユニットは、上記電動モータの指令信号が所定上限値以下となるように制限する制限回路を備え、
    上記異常検出回路は、上記制限回路が上記電動モータの指令信号を制限しているときの上記操舵力情報の値を異常判断に用いないことを特徴とするパワーステアリング装置。
14. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記異常検出回路は、上記所定周波数範囲内の上記操舵力情報を抽出するフィルタ回路を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
15. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記コントロールユニットは、車速の信号が入力される車速信号受信部を備え、
    上記異常検出回路は、上記車速が所定車速以上のときの上記操舵力情報は、異常判断に用いないことを特徴とするパワーステアリング装置。
16. 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、上記コントロールユニットは、マイクロコンピュータを備え、
    上記異常検出回路は、上記マイクロコンピュータ内に設けられたプログラムを有する回路であって、
    上記操舵力情報は、上記マイクロコンピュータ内でデジタルデータとして処理され、
    上記第２の周波数は、デジタルデータである上記操舵力情報の分解能または上記マイクロコンピュータの分解能以下の値となっていることを特徴とするパワーステアリング装置。
17. ステアリングホイールの回転に伴い回転する操舵軸と、上記操舵軸の回転に応じて軸方向運動すると共に鉄系金属材料からなるラックバーと、を有する操舵機構と、上記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、上記操舵機構と上記電動モータとの間に設けられ、上記電動モータの回転力を上記操舵機構に伝達する減速機であって、上記ラックバーの外周側に設けられ螺旋状の溝形状を有する転舵軸側ボールねじ溝と、上記ラックバーを包囲するように環状に設けられ、上記ラックバーに対し回転自在に設けられた鉄系金属材料からなるナットと、上記ナットの内周側に設けられ螺旋状の溝形状を有し上記転舵軸側ボールねじ溝と共にボール循環溝を構成するナット側ボールねじ溝と、上記ボール循環溝内に設けられた鉄系金属材料からなる複数のボールと、上記ナットの回転軸に対する径方向において上記ナットの外側に設けられ、上記複数のボールが上記ボール循環溝の一端側から他端側へ循環可能に上記ボール循環溝の一端側と他端側とを接続する循環部材と、から構成されるボールねじ機構と、を備えるパワーステアリング装置の制御装置であって、
    上記操舵機構に発生する操舵トルクの信号を受信する操舵トルク信号受信部と、
    上記操舵トルクの信号に基づいて上記電動モータの指令信号を演算する指令信号演算部と、
    上記操舵トルク、上記電動モータの指令信号、または上記電動モータに流れるモータ電流である操舵力情報の値が第１の周波数以上、第２の周波数以下となる所定周波数範囲内で周期的に変化し、かつ上記所定周波数範囲内における上記操舵力情報の値が所定値よりも大きいときに、装置の異常と判断する異常検出回路と、
    を有することを特徴とするパワーステアリング装置の制御装置。
18. 請求項１７に記載のパワーステアリング装置の制御装置において、上記異常検出回路は、上記第２の周波数よりも高い値を異常判断に用いないことを特徴とするパワーステアリング装置の制御装置。

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