JP2003312507A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トルクセンサの故障時に、ドライバーに違和感
を与えずに、又は、操舵品質を極端に損なうことなしに
装置を停止させるようにした電動パワーステアリング装
置を提供すること。 【解決手段】複数のトルクセンサを設け、主トルクセン
サが明らかに故障した場合、副トルクセンサに基づいて
アシストの制限を行うことにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や車両の操
舵系に電動機（モータ）による操舵補助力を付与するよ
うにした電動パワーステアリング装置に関し、特に、ト
ルクセンサの故障時に、より安全に装置を停止させるよ
うにした電動パワーステアリング装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】自動車や車両のステアリング装置をモー
タの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング
装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベ
ルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いは
ラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる
従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク
（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電
流のフィードバック制御を行っている。フィードバック
制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さく
なるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モー
タ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）
制御のデュ−ティ比の調整で行っている。 【０００３】ここで、電動パワーステアリング装置の一
般的な構成を図７に示して説明すると、操向ハンドル１
の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び
４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッ
ド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操
舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手
段）１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を
補助するモータ２０が減速ギア３を介して軸２に結合さ
れている。パワーステアリング装置を制御するコントロ
ールユニット３０には、バッテリ１４からイグニション
キー１１及びリレー１３を経て電力が供給され、コント
ロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された
操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに
基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、
演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給
する電流を制御する。 【０００４】コントロールユニット３０は主としてＣＰ
Ｕで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラム
で実行される一般的な機能を示すと、図８のようになっ
ている。 【０００５】コントロールユニット３０の機能及び動作
を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力され
る操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相
補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルク
ＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車
速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算
器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入
力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いて特性マップ
（ルックアップテーブル）３３を参照して、モータ２０
に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを
決定する。 【０００６】操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力さ
れると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワー
ド系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａで求め
られる偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、そ
の比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィード
バック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力
される。微分補償器３４及び積分演算器３６の出力も加
算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果
である電流指令値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆
動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉ
はモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出
値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされ
る。 【０００７】このような電動パワーステアリング装置
は、イグニションキー１１をオン状態からオフ状態とし
た場合や、制御装置の故障を検出する故障診断手段（図
示せず）から停止信号が発生された場合などには、モー
タ２０と、この発生トルクの伝達をオンオフするクラッ
チ２１を直ちに切離してモータ制御を停止させている。
このようにイグニションキー１１をオフにした場合や、
故障診断手段から停止信号が発生された場合などに、ク
ラッチ２１を切離してモータ制御を停止させると、操舵
トルクが急激に増大して操向ハンドル１が急に重くな
り、操舵の高級感を損なうばかりか、特に操舵中におい
ては操舵フィーリングが著しく低下してしまう。 【０００８】従来、かかる問題を解決する電動パワース
テアリング装置として、特公平７−９４２２６号公報、
特公平７−９４２２７号公報に示すものがある。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記各公報
で示される技術では、電動パワーステアリング装置を停
止させた時に、アシストが急に無くなりハンドル操作が
重くなるが、その為に発生する違和感や「ハンドル取ら
れ」を防止するために、時間とともに徐々にアシストを
無くするように制御が行われてきた。 【００１０】しかし、電動パワーステアリング装置によ
る補助無しでは極めて重くてハンドルが切れないよう
な、よりアシスト比の大きなシステムにおいては、より
長い時間をかけてアシストを制限しないと、前述の違和
感や「ハンドル取られ」の防止に対しては十分な効果が
得られない。 【００１１】これに対処するため、トルクセンサの故障
時にアシストに制限をかけるためには、故障前のトルク
センサの出力値（制御トルク値）を記憶し、その値（制
御トルク記憶値）を基準にアシストの制限をかけること
が考えられたが、この方法でアシスト制限の時間を長く
すると、この時間内の操舵に対して電動パワーステアリ
ング装置が反応せず、場合によっては実際の操舵方向と
アシストの制限をかけている方向が逆になり、ハンドル
取られや、大きな違和感を発生させるおそれがある。 【００１２】本発明は、かかる問題を解決するためにな
されたものであり、電動パワーステアリング装置の停止
時にアシストが急に無くなりハンドル操作が重くなる為
に発生する違和感や、「ハンドル取られ」を防止しなが
らも、速やかな制御の停止を可能とする電動パワーステ
アリング装置を提供することを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、ス
テアリングの操舵トルクを検出する複数の操舵トルク検
出手段と、前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク検
出信号に基づき電動機制御信号を決定して出力する電動
機制御信号発生手段と、前記電動機制御信号発生手段か
らの電動機制御信号に基づいて電動機を駆動する電動機
駆動手段と、前記操舵トルク検出手段の故障を診断する
故障診断手段と、前記操舵トルク検出信号を補正する操
舵トルク入力補正手段と、前記故障診断手段からの指令
によって、前記操舵トルク入力補正手段に入力する操舵
トルク検出信号を切り替える制御対象入力切替手段とを
具備するとともに、前記制御対象入力切替手段は、前記
複数の操舵トルク検出手段のうちいずれかが故障したと
きに、他の正常な操舵トルク検出手段の操舵トルク検出
信号を前記操舵トルク入力補正手段に入力するように構
成されていることを特徴とする電動パワーステアリング
装置によって達成される。 【００１４】 【発明の実施の形態】本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置（以下「ＥＰＳ」という。）は、操舵トルク検
出手段（トルクセンサ）の故障時にアシスト力を徐々に
低減させるように検出トルク信号を補正するために、複
数のトルクセンサを備え、主に制御に使用している主ト
ルクセンサが明らかに故障したときに、正常な他のトル
クセンサ（例えば副トルクセンサ）の検出トルク信号に
基づいて補正を行い、アシスト制限を行うようにしたも
のである。 【００１５】以下、本発明の実施例を、図面を参照して
詳細に説明する。 【００１６】図１は本発明の第１実施例を示すブロック
図であり、主トルクセンサが故障しても、正常な副トル
クセンサの検出トルク信号によって補正が行われるか、
もしくは、最悪の場合、両方のトルクセンサが故障して
も、主トルクセンサの故障直前のトルク値の記憶値によ
って補正が行われるような構成となっている。 【００１７】主操舵トルク検出手段（主トルクセンサ）
４１ａ及び副操舵トルク検出手段（副トルクセンサ）４
１ｂからの操舵トルク検出信号（以下、単に「トルク信
号」という。）は、故障診断手段４２に入力され、後述
の方法によって故障の有無が診断されるとともに、制御
対象入力切替手段４４に入力される。制御対象入力切替
手段４４は、故障診断手段４２における診断結果に基づ
く指令により、操舵トルク入力補正手段４３に入力する
トルク信号を決定する。 【００１８】過去操舵トルク記憶手段４５は正常時の主
トルクセンサの故障直前のトルク信号を記憶しておくと
ころであり、主トルクセンサ及び副トルクセンサの両方
が故障した場合に、前記過去操舵トルク記憶手段４５に
記憶されている制御トルク記憶値が前記操舵トルク入力
補正手段４３に入力され、補正されて、電動機制御信号
発生手段４６に入力される。 【００１９】故障診断手段４２は、電動機制御信号発生
手段４６及び電動機駆動手段４７の故障の有無も診断
し、故障診断結果は電動機制御信号発生手段４６に入力
され、故障時には電動機制御信号発生手段４６から電動
機駆動手段４７に対してＥＰＳ停止信号が入力され、Ｅ
ＰＳが停止される。 【００２０】ここで、トルクセンサの故障判定の方法に
簡単に説明すると、大きく分けて二つの方法がある。す
なわち(1)各々のセンサについて、全動作範囲を通常動
作域と未使用域とに分け、通常動作中に未使用域の信号
を検出したら、明らかにそのセンサの故障と判定する、
(2) (1)の方法では判定できないような故障（例えば、
通常動作域の信号ではあるが、出力のレベルが不足して
いるような場合）を判別する方法であり、他のセンサと
の比較を行い、二つのセンサの差が所定値を超えるとど
ちらかが故障している（どちらが故障しているかの特定
はできない。）と判定する、方法である。 【００２１】図１のような構成において、その動作を図
２のフローチャートを参照して説明する。 【００２２】先ず制御系全体をイニシャライズし（ステ
ップＳ１）、故障診断手段４２は主操舵トルク検出手段
４１ａ及び副操舵トルク検出手段４１ｂから操舵トルク
検出信号を入力し（ステップＳ２）、故障診断を行う
（ステップＳ３）。故障診断手段４２は、次に電動機駆
動手段４７から電流検出信号を入力し（ステップＳ
４）、同様の故障診断を行う（ステップＳ５）。 【００２３】前記ステップＳ３及びステップＳ５のいず
れかにおいて故障と診断された場合（ステップＳ６のＹ
ＥＳ）、その故障がいずれの操舵トルク検出手段（以
下、単に「トルクセンサ」という。）に関するものでも
ないときは、ＥＰＳを停止して終了する（ステップＳ１
８）。なお、ＥＰＳの停止は、モータ２０とクラッチ２
１を切り離すことにより行うか、若しくは、モータ駆動
電流をＯＦＦにすることにより行ってもよい。 【００２４】一方、いずれかのトルクセンサに故障が発
生したときであって（ステップＳ１０のＹＥＳ）、それ
が両方のトルクセンサの故障である場合は（ステップＳ
１１のＹＥＳ）、故障診断手段４２からの指令により制
御対象入力切替手段４４のスイッチが過去操舵トルク記
憶手段４５側に接続され、該過去操舵トルク記憶手段４
５に記憶されている正常時の制御トルク記憶値が操舵ト
ルク入力補正手段４３に入力されて補正され、補正後の
信号は電動機制御信号発生手段４６に入力されて電動機
制御信号の演算が行われる（ステップＳ８）。前記電動
機制御信号発生手段４６から出力（ステップＳ９）され
た電動機制御信号は、電動機駆動手段４７に入力され、
これにより電動機が駆動制御される。この動作ととも
に、上記ステップＳ２に戻る。なお、ステップＳ１３に
おいて、補正が終了したか否かの判断は、補正後の信号
レベルが０になったか否かで判断され、補正が終了した
と判断された場合は、ＥＰＳを停止して終了する（ステ
ップＳ１８）。 【００２５】また、ステップＳ１１においてトルクセン
サの故障がいずれか片方のみであると判定された場合、
もしそれが主トルクセンサの故障であれば（ステップＳ
１４のＹＥＳ）、故障診断手段４２からの指令により制
御対象入力切替手段４４のスイッチが副トルクセンサ４
１ｂ側に接続され（ステップＳ１６）、そのトルク信号
が操舵トルク入力補正手段４３に入力されて補正され、
補正後の信号は電動機制御信号発生手段４６に入力され
て電動機制御信号の演算が行われる（ステップＳ８）。
前記電動機制御信号発生手段４６から出力（ステップＳ
９）された電動機制御信号は、電動機駆動手段４７に入
力され、これにより電動機が駆動制御される。この動作
とともに、上記ステップＳ２に戻る。ステップＳ１７に
おいて、補正が終了した場合はＥＰＳを停止して終了す
る（ステップＳ１８）。なお、ステップＳ１４におい
て、副トルクセンサの故障であると診断された場合は、
同様にして、主トルクセンサのトルク信号によってトル
ク信号の補正が行われる（ステップＳ１５）。 【００２６】次に、ステップＳ６において、どこにも故
障が発生していないと診断された場合は、主トルクセン
サの制御トルク値が過去操舵トルク記憶手段４５に記憶
されるとともに（ステップＳ７）、該制御トルク値は操
舵トルク入力補正手段４３をスルーして（故障診断手段
４２からの補正指令が出ないため、補正は行われずに）
電動機制御信号発生手段４６に入力されて電動機制御信
号の演算が行われる（ステップＳ８）。前記電動機制御
信号発生手段４６から出力（ステップＳ９）された電動
機制御信号は、電動機駆動手段４７に入力され、これに
より電動機が駆動制御される。この動作とともに、上記
ステップＳ２に戻る。 【００２７】また、ステップＳ１０において、故障がト
ルクセンサ以外のものであると判断された場合は（ステ
ップＳ１０のＮＯ）、必要なフェイルセーフモードに移
行する（ステップＳ１８）。 【００２８】図３は操舵トルク入力補正手段４３の一例
を示しており、操舵トルク入力に対して最大入力値の制
限を行うようになっており、短時間に目的の値まで確実
に減少できる特徴がある。また、図４は他の例を示して
おり、操舵トルク入力に対して一定ゲインでの制限を行
う。この場合には、違和感なく滑らかに減少できる特徴
がある。 【００２９】図５は本発明の第２実施例を示すブロック
図であり、３つのトルクセンサを設け、より確実なトル
ク信号で補正できるようにしたものである。例えば、第
１実施例において、主トルクセンサが（見かけ上）正常
で、副トルクセンサが明らかに故障であった場合、主ト
ルクセンサを信用してもよいのかという問題があるが、
第３のトルクセンサがあれば、第３のセンサが正常であ
れば主トルクセンサが正常である確率は高いが、第３の
センサが故障であれば、主トルクセンサが正常であるこ
との信頼性が低くなる。第２実施例はこのような考えに
基づいて発明されたものである。 【００３０】第１実施例と異なる点は、トルクセンサが
３つ設けられ、第３トルクセンサ４１Ｃのトルク信号が
故障診断手段４２に入力されている点である。その他の
構成は第１実施例（図１）と同じである。なお、図５は
トルクセンサが３つの場合を示しているが、センサ数を
４つ以上にすればさらに信頼性は高まることは言うまで
もない。 【００３１】図６は本発明の第２実施例の動作を示すフ
ローチャートである。 【００３２】基本的には第１実施例と同じであるが、ス
テップＳ２３における故障診断の結果、複数のトルクセ
ンサに故障が発見された場合（ステップＳ３１のＹＥ
Ｓ）はたとえ１個でも正常なセンサがあったとしてもそ
れを信用せずに、過去操舵トルク記憶手段４５に記憶さ
れている正常時の制御トルク記憶値が操舵トルク入力補
正手段４３に入力されて補正され、補正後の信号は電動
機制御信号発生手段４６に入力されて電動機制御信号の
演算が行われる（ステップＳ３２）。 【００３３】また、トルクセンサの故障が１個のみであ
った場合は（ステップＳ３１のＮＯ）、第１トルクセン
サ若しくは第２トルクセンサのうち正常な方を制御対象
トルクセンサとして、トルク信号の補正を行う（ステッ
プＳ３５からＳ３７）。 【００３４】本発明は、コラム式及びピニオン式電動パ
ワーステアリング装置に適用できることは勿論、ラック
アシスト式電動パワーステアリング装置にも適用可能で
ある。 【００３５】 【発明の効果】本発明に係る電動パワーステアリング装
置よれば、電動パワーステアリング装置の停止時にアシ
ストが急に無くなりハンドル操作が重くなる為に発生す
る違和感や、「ハンドル取られ」を防止しながらも、速
やかな制御の停止を行うことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図で
ある。 【図２】本発明の第１実施例の動作例を示すフローチャ
ートである。 【図３】本発明における補正手段の一例を示す図であ
る。 【図４】本発明における補正手段の他の例を示す図であ
る。 【図５】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図で
ある。 【図６】本発明の第２実施例の動作例を示すフローチャ
ートである。 【図７】一般的な電動パワーステアリング装置を説明す
るための図である。 【図８】コントロールユニットの構成例を示すブロック
図である。 【符号の説明】 １ 操向ハンドル ５ ピニオンラック機構 １０ トルクセンサ（操舵トルク検出手段） １２ 車速センサ ２０ 電動機（モータ） ３０ コントロールユニット ３１ 位相補償器 ３２ 操舵補助指令値演算器 ３３ 特性マップ ３７ モータ駆動回路 ３８ モータ電流検出回路 ４１ 操舵トルク検出手段 ４２ 故障診断手段 ４３ 操舵トルク入力補正手段 ４４ 制御対象入力切替手段 ４５ 過去操舵トルク記憶手段 ４６ 電動機制御信号発生手段 ４７ 電動機駆動手段

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【手続補正書】 【提出日】平成１４年５月２７日（２００２．５．２
７） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】０００１ 【補正方法】変更 【補正内容】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や車両の操
舵系に電動機（モータ）による操舵補助力を付与するよ
うにした電動パワーステアリング装置に関し、特に、ト
ルクセンサの故障時に、装置を停止させるようにした電
動パワーステアリング装置に関する。 【手続補正２】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】０００３ 【補正方法】変更 【補正内容】 【０００３】ここで、電動パワーステアリング装置の一
般的な構成を図７に示して説明すると、操向ハンドル１
の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び
４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッ
ド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操
舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手
段）１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を
補助するモータ２０がクラッチ２１及び減速ギア３を介
して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を
制御するコントロールユニット３０には、バッテリー１
４からイグニションキー１１及びリレー１３を経て電力
が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセン
サ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検
出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令
値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基い
てモータ２０に供給する電流を制御する。 【手続補正３】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】０００７ 【補正方法】変更 【補正内容】 【０００７】このような電動パワーステアリング装置
は、イグニションキー１１をオン状態からオフ状態とし
た場合や、制御装置の故障を検出する故障診断手段（図
示せず）から停止信号が発生された場合などには、モー
タ２０と、この発生トルクの伝達をオンオフするクラッ
チ２１を直ちに切離してモータ制御を停止させている。
このようにイグニションキー１１をオフにした場合や、
故障診断手段から停止信号が発生された場合などに、ク
ラッチ２１を切離してモータ制御を停止させると、操舵
トルクが急激に増大して操向ハンドル１が急に重くな
り、操舵感を損なうばかりか、特に操舵中においては操
舵フィーリングが著しく低下してしまう。 【手続補正４】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】００２０ 【補正方法】変更 【補正内容】 【００２０】ここで、トルクセンサの故障判定の方法を
簡単に説明すると、大きく分けて二つの方法がある。す
なわち(1)各々のセンサについて、全動作範囲を通常動
作域と未使用域とに分け、通常動作中に未使用域の信号
を検出したら、明らかにそのセンサの故障と判定する、
(2) (1)の方法では判定できないような故障（例えば、
通常動作域の信号ではあるが、出力のレベルが不足して
いるような場合）を判別する方法であり、他のセンサと
の比較を行い、二つのセンサの差が所定値を超えるとど
ちらかが故障している（どちらが故障しているかの特定
はできない。）と判定する、方法である。 【手続補正５】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】００２９ 【補正方法】変更 【補正内容】 【００２９】図５は本発明の第２実施例を示すブロック
図であり、３つのトルクセンサを設け、より確実なトル
ク信号で補正できるようにしたものである。例えば、第
１実施例において、主トルクセンサが（見かけ上）正常
で、副トルクセンサが明らかに故障であった場合でも、
主トルクセンサを信用してもよいのかという問題がある
が、第３のトルクセンサがあれば、第３のセンサが正常
であれば主トルクセンサの値と同じとなるので、主トル
クセンサが正常である確率は高いが、第３のセンサが故
障であれば主トルクセンサの値が相違するので、主トル
クセンサが正常であることの信頼性が低くなる。第２実
施例はこのような考えに基づいて発明されたものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 正博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 河井 真人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 福田 芳純 静岡県裾野市御宿1200番地 トヨタ自動車 株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC33 CC38 CC40 DA15 DA23 DA64 DC01 DC02 DC03 DC08 DC17 DD17 DE09 EC23 GG01 3D033 CA03 CA13 CA16 CA20 CA21 CA31

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】ステアリングの操舵トルクを検出する複数
   の操舵トルク検出手段と、 前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク検出信号に基
   づき電動機制御信号を決定して出力する電動機制御信号
   発生手段と、 前記電動機制御信号発生手段からの電動機制御信号に基
   づいて電動機を駆動する電動機駆動手段と、 前記操舵トルク検出手段の故障を診断する故障診断手段
   と、 前記操舵トルク検出信号を補正する操舵トルク入力補正
   手段と、 前記故障診断手段からの指令によって、前記操舵トルク
   入力補正手段に入力する操舵トルク検出信号を切り替え
   る制御対象入力切替手段とを具備するとともに、 前記制御対象入力切替手段は、前記複数の操舵トルク検
   出手段のうちいずれかが故障したときに、他の正常な操
   舵トルク検出手段の操舵トルク検出信号を前記操舵トル
   ク入力補正手段に入力するように構成されていることを
   特徴とする電動パワーステアリング装置。