JP2004291923A - 電気式動力舵取装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3個の回転角センサ(第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44)を用いてそれぞれ操舵角を求める。このため、一のレゾルバが故障しても、操舵角を検出し続けることができ、ABS、VSC等の機能を維持することで、走行時の安全性を一層高めることができる。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵機構へモータによるアシスト力を与える電気式動力舵取装置に関し、特に、回転角センサを用いて操舵角を検出し得る電気式動力舵取装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ステアリング軸に連結された操舵機構へモータによるアシスト力を与えることにより、ステアリングホイールによる操舵力を軽減させる電気式動力舵取装置が知られている。このような電気式動力舵取装置においては、ステアリングホイールが左右1回転以上の有限回転数内で回転するため、「車両が直進するステアリングホイールの位置」を中立位置とし、この中立位置から左右何度の回転位置にステアリングホイールが位置しているかを絶対位置としてセンサによって把握している。この絶対位置をステアリングホイールに取り付けた回転角センサを用いる場合には、例えば、半回転状態(180°)が検出された際に、中立位置から右側に半回転(+180°)されたのか、右側に1回転半(+540°)されたのか、左側に半回転(−180°)されたのか、左側に1回転半(−540°)されたのかが特定できないため、ステアリングホイールの回転数を1回転毎にインクリメント(右1回転時に+360°)、デクリメント(左1回転時に−360°)することで、絶対位置を求めている。
【0003】
ここで、イグニション・オン時には、ステアリングホイールの回転数が不明であるため、上述した方法では絶対位置を検出することができない。この場合には、例えば、特許文献1に開示されているように複数の回転角センサを用いることで検出を行う。即ち、アシスト力を発生させるモータにはモータ回転位置を検出する手段としてレゾルバ(回転角センサ)が用いられ、またステアリングホイールによる操舵トルクを検出する手段としても別のレゾルバが用いられていることに着目し、これらの複数のレゾルバから出力され、回転角に対し直線性を有する信号を演算処理することによって、ステアリングホイールの絶対位置を検出できる。この絶対位置の演算処理による算出は、イグニション・オン時に行われ、以降は、上述したようにステアリングホイールの1回転毎に、回転数をインクリメント、デクリメントすることで、1の回転角センサにより絶対位置を求めている。
【0004】
【特許文献1】
特開2003−75109号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、絶対位置(操舵角)を求めている回転角センサが故障した際には、モータによる操舵アシストが停止するだけでなく、直ちに操舵角が求められなくなり、例えば、操舵角を用いて実現しているVSC(Vehicle Stability Control:車両安定制御システム)等も作動不能になっていた。
【0006】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、1の回転角センサが故障しても操舵角を検出し続けることができる電気式動力舵取装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、ステアリングホイールと、このステアリングホイールに連結されたステアリング軸の回転角を検出する第1回転角センサと、アシスト量を決定するための第2回転角センサと、前記ステアリング軸に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータと、このモータの回転角を検出する第3回転角センサとを備える電気式動力舵取装置であって、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサの内の少なくとも2つにより検出した回転角からそれぞれ操舵角を求め、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサにより検出した回転角に基づき多数決判定を行い、多数決判定の結果から求められた前記操舵角の一方を選択することを技術的特徴とする。
【0008】
請求項1の電気式動力舵取装置では、複数の回転角センサを用いてそれぞれ操舵角を求めるため、一方の回転角センサが故障しても、操舵角を検出し続けることができ、ABS、VSC等の機能を維持することで、走行時の安全性を一層高めることができる。更に、3個の回転角センサにより検出した回転角、又は、操舵角に基づき多数決判定を行い、多数決判定の結果から操舵角を選択するため、操舵角の信頼性を高めることができる。
【0009】
請求項2の発明は、ステアリングホイールと、このステアリングホイールに連結されたステアリング軸の回転角を検出する第1回転角センサと、前記ステアリング軸の回転角を弾性部材を介して検出する第2回転角センサと、前記ステアリング軸に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータと、このモータの回転角を検出する第3回転角センサとを備え、第1回転角センサで検出した回転角と第2回転角センサで検出した回転角との差からアシスト量を決定して前記モータを制御する電気式動力舵取装置であって、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサにより検出した回転角からそれぞれ操舵角を求め、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサにより求めた操舵角に基づき多数決判定を行い、多数決判定の結果から前記操舵角の1つを選択することを技術的特徴とする。
【0010】
請求項2の電気式動力舵取装置では、3個の回転角センサを用いてそれぞれ操舵角を求めるため、一の回転角センサが故障しても、操舵角を検出し続けることができ、ABS、VSC等の機能を維持することで、走行時の安全性を一層高めることができる。更に、3個の回転角センサにより検出した操舵角に基づき多数決判定を行い、多数決判定の結果から操舵角を選択するため、回転角センサの機能が適正か否かを常時判断でき、操舵角の信頼性を高めることが可能になる。
【0011】
請求項3の発明は、ステアリングホイールと、このステアリングホイールに連結されたステアリング軸の回転角を検出する第1回転角センサと、前記ステアリング軸の回転角を弾性部材を介して検出する第2回転角センサと、前記ステアリング軸に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータと、このモータの回転角を検出する第3回転角センサとを備え、第1回転角センサで検出した回転角と第2回転角センサで検出した回転角との差からアシスト量を決定して前記モータを制御する電気式動力舵取装置であって、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサにより検出した回転角及び計数したステアリングホイール回転数からそれぞれ操舵角を求めると共に、前記第3回転角センサにより検出した回転角及び計数したモータ回転数から操舵角を求め、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサにより求めた操舵角に基づき多数決判定を行い、回転角センサの適否を判断すると共に、多数決判定の結果から前記操舵角の1つを選択し、
不適と判断した回転角センサに対して、当該回転角センサで検出した回転角と共に、前記多数決判定の結果から選択された操舵角に対応する回転数から操舵角を求めることを技術的特徴とする。
【0012】
請求項3の電気式動力舵取装置では、第1回転角センサ、第2回転角センサ、第3回転角センサにより検出した回転角、回転数からそれぞれの操舵角を求め、求めた操舵角に基づく多数決判定の結果から、操舵角の1つを選択する。このため、一の回転角センサが故障しても、操舵角を検出し続けることができる。更に、多数決判定を行い3個の回転角センサにより検出した操舵角を選択するため、回転角センサの機能が適正か否かを常時判断でき、操舵角の信頼性を高めることが可能になる。また、不適と判断した回転角センサに対して、当該回転角センサで検出した回転角と共に、多数決判定の結果から選択された操舵角に対応する回転数を用いて操舵角を求める。このため、例えば、接触の不良等で瞬時的に断線になり、いずれかの回転角センサで一時的に計数していた回転数が分からなくなっても、多数決判定の結果から選択された操舵角に対応する回転数を用いることで操舵角を求め続けれるため、復帰した後に、回転数の計数を再開することで、適正に操舵角を求めることができる。このため、回転角センサの何れかが瞬時的に動作不良を起こしても、動作不良を起こした回転角センサが復帰したなら、適正にアシスト量を決定してモータの制御を再開することが可能で、更に、3個全ての回転角センサを用いて多数決判定を行うことができ、操舵角の信頼性を低下させることがない。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気式動力舵取装置、その製造方法および製造装置の実施形態について図を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る電気式動力舵取装置20の主な構成を図1〜図4に基づいて説明する。図1および図4に示すように、電気式動力舵取装置20は、主に、ステアリングホイール21、ステアリング軸22、ピニオン軸23、ラック軸24、トルクセンサ30、モータ40、モータレゾルバ44、ボールねじ機構50、ECU60等から構成されており、ステアリングホイール21による操舵状態を検出し、その操舵状態に応じたアシスト力をモータ40により発生させて運転者による操舵をアシストするものである。なお、ラック軸24の両側には、それぞれタイロッド等を介して図略の車輪が連結されている。
【0014】
即ち、図1および図2に示すように、ステアリングホイール21には、ステアリング軸22の一端側が連結され、このステアリング軸22の他端側には、ピニオンハウジング25内に収容されたトルクセンサ30の入力軸23aおよびトーションバー31がピン32により連結されている。またこのトーションバー31の他端側31aには、ピニオン軸23の出力軸23bがスプライン結合によって連結されている。
【0015】
このピニオン軸23の入力軸23aはベアリング33aにより、また出力軸23bもベアリング33bにより、それぞれピニオンハウジング25内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸23aとピニオンハウジング25との間には、第1レゾルバ35が、また出力軸23bとピニオンハウジング25との間には、第2レゾルバ37が、それぞれ設けられている。第1レゾルバ35および第2レゾルバ37は、ステアリングホイール21による操舵角を検出し得るもので、端子39を介してECU60にそれぞれ電気的に接続されている(図4参照)。
【0016】
ピニオン軸23の出力軸23bの端部には、ピニオンギヤ23cが形成されており、このピニオンギヤ23cにはラック軸24のラック溝24aが噛合可能に連結されている。これにより、ラックアンドピニオン機構を構成している。
【0017】
このように構成することにより、ステアリング軸22とピニオン軸23とをトーションバー31により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸22の回転角、即ちステアリングホイール21の回転角(機械角)θTmを、第1レゾルバ35による第1操舵角(電気角)θT1eおよび第2レゾルバ37による第2操舵角(電気角)θT2eによって、検出することができる。また、第1操舵角θT1eと第2操舵角θT2eとの角度差からトーションバー31の捻れ量(操舵トルクに対応するもの)を捻れ角として検出することができる。
【0018】
図1および図3に示すように、ラック軸24は、ラックハウジング26およびモータハウジング27内に収容されており、その中間部には、螺旋状にボールねじ溝24bが形成されている。このボールねじ溝24bの周囲には、ラック軸24と同軸に回転可能にベアリング29により軸受される円筒形状のモータ軸43が設けられている。このモータ軸43は、ステータ41や励磁コイル42等とともにモータ40を構成するもので、ステータ41に巻回された励磁コイル42により発生する界磁が、回転子に相当するモータ軸43の外周に設けられた永久磁石45に作用することより、モータ軸43が回転し得るように構成されている。
【0019】
モータ軸43は、その内周にボールねじナット52が取り付けられており、このボールねじナット52にも、螺旋状にボールねじ溝52aが形成されている。そのため、このボールねじナット52のボールねじ溝52aとラック軸24のボールねじ溝24bとの間に多数のボール54を転動可能に介在させることによって、モータ軸43の回転によりラック軸24を軸方向に移動可能なボールねじ機構50を構成することができる。
【0020】
即ち、両ボールねじ溝24b、52a等から構成されるボールねじ機構50により、モータ軸43の正逆回転の回転トルクをラック軸24の軸線方向における往復動に変換することができる。これにより、この往復動は、ラック軸24とともにラックアンドピニオン機構を構成するピニオン軸23を介してステアリングホイール21の操舵力を軽減するアシストカとなる。
【0021】
なお、モータ40のモータ軸43とモータハウジング27との間には、モータ軸43の回転角(電気角)θMeを検出し得るモータレゾルバ44が設けられており、このモータレゾルバ44は図略の端子を介してECU60に電気的に接続されている(図4参照)。
【0022】
図4は、第1実施形態の電気式動力舵取装置20の制御構成を示している。上述した第1レゾルバ35及び第2レゾルバ37の出力が電気式動力舵取装置20のECU60に入力されると、ECU60は、後述するように操舵トルクTを演算し、操舵トルクTに応じて操舵力をアシストするためのアシスト指令をモータ駆動回路62側に出力する。モータ駆動回路62は、アシスト指令の応じたトルクをモータ40に発生させる。モータ40の回転角は、モータレゾルバ44により検出され、モータ駆動回路62へフィードバックされる共に、ECU60へも出力される。後述するようにECU60は、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44からの出力に基づき、それぞれ操舵角を演算すると共に、操舵角に応じて上述した操舵力のアシスト量を補正する。また、電気式動力舵取装置20のECU60は、演算した操舵角を、ABS制御用のECU70及びVSC制御用のECU80へそれぞれ出力する。この操舵角に応じて、ABS制御用のECU70はABS制御を、VSC制御用のECU80はVSC制御を実現する。
【0023】
引き続き、図5を参照してステアリングホイール21の回転と、第1レゾルバ35及び第2レゾルバ37の出力との関係について説明する。
第1レゾルバ35から得られる電気角θT1eは、ステアリングホイール21の1回転(360度)につき、5つのピーク点を有する。これは、第1レゾルバ35が対極数5のレゾルバから成り、電気的には5組のN極、S極を有することから、機械角360°に対して360°×5=1800°に相当する電気角を出力し得るためである。つまり、当該第1レゾルバ35は、電気角360°のレゾルバより5倍の分解能を有するものである。
【0024】
また、第2レゾルバ37から得られる電気角θT2eは、ステアリングホイール21の1回転(360度)につき6つのピーク点を有する。これは、第2レゾルバ37が対極数6のレゾルバから成り、電気的には6組のN極、S極を有することから、機械角360°に対して360°×6=2160°に相当する電気角を出力し得るためである。つまり、当該第2レゾルバ37は、電気角360°のレゾルバより6倍の分解能を有するものである。
【0025】
このように、第1レゾルバ35はレゾルバ出力信号として電気角θT1eを、また第2レゾルバ37はレゾルバ出力信号として電気角θT2eをそれぞれ出力するが、図5からわかるように、両信号波形は同じステアリングホイール21の回転角において同じ値をとることはない。そのため、第1レゾルバ35の電気角θT1eと第2レゾルバ37の電気角θT2eとに基づいて、ECU60による演算処理を行うことにより、ステアリングホイール21の1回転に対して、高分解能の機械角θTmを得ることができる。
【0026】
次に、第1、第2レゾルバ37、37から出力されるレゾルバ信号に基づいたトルク検出について説明する。
ステアリングホイール21が運転者等により操舵され、ピニオン軸23の入力軸23aが回転角θ1で回転した場合、第1レゾルバ35からは、位相の異なる2種類の交流電圧E2、E3が出力され、これらは次の式(1) および式(2) の関係を満たす。
【0027】
E2 = K・E1× cosθ ・・・(1)
E3 = K・E1× sinθ ・・・(2)
【0028】
なお、上式(1) および式(2) において、Kは変圧比を示す。
このとき、上式(1) および式(2) からθを算出することができ、この角度θがピニオン軸23の入力軸23aの回転角θ1となる。一方、当該入力軸23aが回転すると、トーションバー31を介して連結されたピニオン軸23の出力軸23bも回転するため、当該出力軸23b側に設けられた第2レゾルバ37から前掲の式(1) および式(2) に基づいて、出力軸23bの回転角θ2も算出することができる。
【0029】
ここで、ピニオン軸23の入力軸23aと出力軸23bの回転に際して、トーションバー31の捻れにより、入力軸23aと出力軸23bとの間で相対回転角度差△θ(=θ1−θ2)が生じる。その結果、このトーションバー31の捻れ角度である相対回転角度差△θとトーションバー31の剛性とから操舵トルクTを算出することができる。これにより、この操舵トルクTに応じて操舵力をアシストするための公知のアシスト制御をECU60によって行なうことで、前述したモータ40により発生する操舵力によって運転者よる操舵をアシストすることができる。
【0030】
また、モータレゾルバ44から出力されるレゾルバ信号に基づいたモータ軸43の回転角(以下「モータ回転角」という。)の検出についても次のように説明することができる。
モータ軸43がある回転角で回転した場合、モータレゾルバ44に交流電圧E1を印加すると、その印加電圧及び回転角に応じて交流電圧E2、E3が出力される。そして、印加された交流電圧Elと出力された交流電圧E2,E3とから、前述した式(1) および式(2) に基づいてモータ回転角を算出することができる。このように検出されたモータ回転角は、電気式動力舵取装置20における様々な制御に用いられる。
【0031】
続いて、このように構成された電気式動力舵取装置20におけるステアリングホイール21の絶対位置検出処理を図6〜図10のフローチャートに基づいて説明する。
図4を参照して説明したように、ECU60には、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37およびモータレゾルバ44が電気的に接続されている。そして、第1、第2レゾルバ37、37はステアリングホイール21による操舵角(電気角θT1e、θT2e)を、またモータレゾルバ44はモータ40によるモータ回転角(電気角θMe)を、それぞれ検出することができるため、本実施形態では、これらの3つのレゾルバから出力されるレゾルバ出力信号による電気角θT1e、θT2e、θMeに基づいて、ステアリングホイール21の絶対位置を検出する処理(以下「絶対位置検出処理」という。)を行う。なお、この絶対位置検出処理は、イグニッション・オンの直後に実行されるものであり、それ以降は後述するように、この絶対位置検出処理により求められたステアリングホイール21の回転範囲を示すパラメータA(A=1、0、−1、−2)に基づいて、タイマ割込み等により定期的(例えば5ミリ秒ごと)にパラメータA(以下、単に「A」という。)を更新している。
【0032】
ECU60は、先ず、イグニション・オン時か否かを判断する(図6(A)に示すS101)。ここで、イグニション・オン時には(S90:Yes)、ステアリングホイール21の絶対位置が不明であるため、絶対位置検出処理を行う(S100)。絶対位置検出処理では、当該処理のサブルーチンを表す図7中に示すように、所定の初期化処理の後、まずステップS101により各レゾルバの電気角θT1e、θT2e、θMeを取得する処理が行われる。即ち、ステアリングホイール21の操舵角に対応する電気角θT1e、θT2eを、第1レゾルバ35、37から出力されるレゾルバ信号を介して取得し、またモータ40のモータ回転角に対応する電気角θMeを、モータレゾルバ44から出力されるレゾルバ信号を介して取得する。
【0033】
続くステップS103により、電気角θT1e、θT2eからステアリングホイール21の機械角θTmを算出する処理が行われる。即ち、本実施形態では、第1レゾルバ35は対極数5、第2レゾルバ37は対極数6に設定されているため、対極数の異なる2つのレゾルバの電気角に基づいて、ステアリングホイール21の機械角θTmを算出することができる。なお、この演算処理については、本願出願人による特願2002−196131号の出願明細書に詳細に説明されているので、そちらを参照されたい。
【0034】
次のステップS105では、各回転量(A=1、0、−1、−2)に対する演算モータ電気角θMe(A)を算出する処理が行われる。例えば、ステアリングホイール21の中立位置を中心に、ステアリングホイール21の右1回転範囲(0度<θ≦360度)をA=0、さらにその右側の右1回転範囲(360度<θ≦720度)をA=1、また中立位置を中心に左1回転範囲(0度>θ≧−360度)をA=−1、さらにその左側の左1回転範囲(−360度>θ≧−720度)をA=−2とした場合における各1回転範囲に対し、次の式(3) による演算処理によって、A=1、0、−1、−2に対応する4つの演算モータ電気角θMe(1) 、θMe(0) 、θMe(−1)、θMe(−2)を算出する。つまり、このステップS105ではステアリングホイール21の総回転数分だけ(本実施形態ではステアリングホイールの4回転分)、演算モータ電気角θMe(A)を求める処理が行われる。
【0035】
θMe(A) =(θTm +360×A)×r ・・・(3)
【0036】
ここで、rは、ボールねじ機構50の減速ギヤ比とモータレゾルバ44の対極数との積による演算値で、後述するように、少なくとも、小数点以下の数値を有する非整数となる値であることが必要条件とされる。なお、本実施形態では、ボールねじ機構50の減速ギヤ比は例えば8.2に設定され、またモータレゾルバ44の対極数は例えば7に設定されているため、当該演算値は57.4(=8.2×7)となり、その小数点以下の数値として0.4を有する。
【0037】
さらにステップS107では、4個の演算モータ電気角θMe(A)を所定範囲内に丸める処理が行われる。即ち、ステップS105により演算された演算モータ電気角θMe(A)を0度以上360度未満の範囲に収まるように、θMe(A)−INT(θMe(A)/360)×360を演算する処理が行われる。ここで、INT()は、括弧内の数値を最も近い整数に切り捨てる関数である。例えば、INT(8.9)=8、INT(−8.9)=−9である。
【0038】
例えば、演算モータ電気角θMe(−2)が−80度である場合には280度(=−80度−(−360度))に、また演算モータ電気角θMe(1) が380度である場合には20度(=380度−1×360度)に、さらに演算モータ電気角θMe(2) が−400度である場合には320度(=−400度−(−720度))に、それぞれ変換され丸め処理が行われる。
【0039】
続くステップS109では、4個の演算モータ電気角θMe(A)のうち、実際のモータ電気角θMe(以下、演算モータ電気角θMe(A)と区別するため、「実モータ電気角θMe」という。)に最も近いものを選択する処理が行われる。即ち、後述するように、ステップS105、S109により求められたステアリングホイール21の総回転数分の4個の演算モータ電気角θMe(A)のうち、どれか一つがステアリングホイール21の絶対位置を適正に示す演算モータ電気角θMe(near)であるから、本ステップS109において、これを選択する処理が行われる。
【0040】
このステップS109による処理は、本願出願人による特願2002−196131号の出願明細書において説明されているように、ステップS105、S109により演算された全ての演算モータ電気角θMe(A)のうち、整数値に一番近いものを選択する処理としても良いが、本実施形態では、モータレゾルバ44により検出された実モータ電気角θMeに最も近いものを選択する処理が行われる。これにより、ステップS101により取得した実モータ電気角θMeと全ての演算モータ電気角θMe(A)との差を演算し、その差が最も小さいものを演算モータ電気角θMe(near)として選択すれば良いので、整数値に一番近いものを選択する処理に比べて、当該ステップS109によるアルゴリズムを簡素化することができる。
【0041】
ステップS111では、ステップS109により選択された演算モータ電気角θMe(near)が、本当に適正なものであるか否かの判断する処理が行われる。即ち、演算モータ電気角θMe(near)は、モータレゾルバ44により検出された実モータ電気角θMeに最も近いものとしてステップS109により選択されたものであるが、この演算モータ電気角θMe(near)と実モータ電気角θMeとの差が所定の閾値(例えば10度)以上である場合には、ピニオン軸23、ラック軸24あるいはボールねじ機構50等を構成する機械部品に寸法精度上あるいは摩耗等による寸法誤差や、レゾルバ信号を処理するオペアンプ等の半導体電気部品等の温度特性上の誤差が許容値を超えて生じている蓋然性が高いので、このような場合には、異常が生じている旨を通知すべく一連の本絶対位置検出処理を異常終了する(ERROR)。
【0042】
一方、演算モータ電気角θMe(near)と実モータ電気角θMeとの差が所定の閾値未満である場合には、ピニオン軸23、ラック軸24あるいはボールねじ機構50等を構成する機械部品やレゾルバ信号を処理するオペアンプ等の半導体電気部品等には、特に異常があるとは認められないので、続くステップS113に処理を移行して絶対操舵角θAmを算出する処理が行われる。
【0043】
即ち、ステップS113では、ステップS109により選択された演算モータ電気角θMe(near)のA(本実施形態の場合はAは、0、1、−1、−2のいずれか)を次式(4) に代入し、ステップS103により算出されたステアリングホイール21の機械角θTmに基づいて演算処理を行うことにより、絶対操舵角θAmが算出される。これによりステアリングホイール21の絶対位置が検出されたことになるので、一連の絶対位置検出処理(S100)を正常終了する。
【0044】
θAm = θTm +360×A ・・・(4)
【0045】
上述したように絶対位置検出処理(S100)により絶対操舵角(機械角)θAmを求めると、図6(A)中のS120にて、絶対操舵角(機械角)θAmから第1レゾルバの電気角回転数Nt1、第2レゾルバの電気角回転数Nt2、及び、モータレゾルバの電気角回転数Nmを、図中の式に基づき求める。ここで、
P1:第1レゾルバの軸倍角(=5)
P2:第2レゾルバの軸倍角(=6)
Pm:モータレゾルバの軸倍角(=7)
Mrev::ハンドルが一回転した時のモータ回転数
【0046】
引き続き、S130にて、第1レゾルバの電気角θT1eとして前回値(第1レゾルバの電気角過去記憶θT1eo)を記憶し、第2レゾルバの電気角θT2eとして前回値(第2レゾルバの電気角過去記憶θT2eo)を記憶し、モータレゾルバの電気角θMeとして前回値(モータレゾルバの電気角過去記憶θMeo)を記憶し、イグニション・オン時(S90:Yes)の際の初期値設定するための処理を終了する。
【0047】
イグニション・オン後は(S90:No)、定期的(例えば、10ms毎)に通常処理(S140)を行う。通常処理では、図6(B)に示すように、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44の電気角回転数(0〜360deg)を上述したようにをインクリメント、デクリメントすることにより更新し(S200)、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44の電気角回転数からそれぞれ操舵角を演算し、演算した操舵角を多数決判定することで、回転角センサの故障を検出する(S300)。そして、故障した回転角センサに対して、多数決判定により決定された操舵角に基づき電気角回転数を更新する(S400)。
【0048】
先ず、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44の電気角回転数の更新処理(S200)について、当該処理のサブルーチンを示す図8を参照して説明する。
先ず、S202で、第1レゾルバ35の電気角が右側(ステアリングホイールの回転方向での右側)に1回転したか否かを、第1レゾルバ35の電気角過去記憶θT1eoから第1レゾルバの電気角θT1eを引いた値が180より大きいか否かにより判断する(S202)。例えば、前回の電気角が356degで、今回の電気角が2degの場合には、356−2=354で、180より大きいため、電気角が右側に1回転領域変わったと判断する。ここでは、単位時間内(10ms)の間に、電気角で180degも動くことがないので、180を閾値として設定してある。ここで、引いた値が180より大きい場合には(S202:Yes)、S203にて第1レゾルバの電気角回転数Nt1に1を加え(インクリメント)、前回値(第1レゾルバの電気角過去記憶θT1eo)を、360degインクリメントした第1レゾルバの電気角θT1eに更新する(S206)。
【0049】
他方、引いた値が180より小さい場合には(S202:No)、第1レゾルバ35の電気角が左側(ステアリングホイールの回転方向での左側)に1回転したか否かを、第1レゾルバの電気角過去記憶θT1eoから第1レゾルバの電気角θT1eを引いた値が−180より小さいか否かにより判断する(S204)。例えば、前回の電気角が2degで、今回の電気角が357degの場合には、2−357=−355で、−180より小さいため、電気角が左側に1回転領域変わったと判断する。ここで、引いた値が−180より小さい場合には(S204:Yes)、S205にて第1レゾルバの電気角回転数Nt1から1を減じ(デクリメント)、前回値(第1レゾルバの電気角過去記憶θT1eo)を、360degデククリメントした第1レゾルバの電気角θT1eに更新する(S206)。他方、引いた値が−180より大きい場合には(S204:No)、前回値(第1レゾルバの電気角過去記憶θT1eo)を、現在の第1レゾルバの電気角θT1eに更新する(S206)。
【0050】
第2レゾルバ37に対しても同様に電気角の更新を行う。S212で、第2レゾルバ37の電気角が右側に1回転したか否かを判断し、右1回転している場合には(S212:Yes)、S213にて第2レゾルバ37の電気角回転数Nt2に1を加え(インクリメント)、前回値(第2レゾルバの電気角過去記憶θT2eo)を、360degインクリメントした第2レゾルバの電気角θT2eに更新する(S216)。右側に1回転していない場合には(S212:No)、第2レゾルバ37の電気角が左側に1回転したか否かを判断する(S214)。電気角が左側に1回転領域変わったと判断した場合には(S214:Yes)、S215にて第1レゾルバの電気角回転数Nt2から1を減じ(デクリメント)た後、前回値(第1レゾルバの電気角過去記憶θT2eo)を360degデククリメントした第2レゾルバの電気角θT2eに更新する(S216)。他方、電気角の回転領域が変わっていない場合には(S214:No)、前回値(第2レゾルバの電気角過去記憶θT2eo)を、現在の第2レゾルバの電気角θT2eに更新する(S216)。
【0051】
モータレゾルバ44に対しても同様に電気角の更新を行う。S222で、モータレゾルバ44の電気角が右側に1回転したか否かを判断し、右1回転している場合には(S222:Yes)、S223にてモータレゾルバ44の電気角回転数Nmに1を加え(インクリメント)、前回値(モータレゾルバの電気角過去記憶θMeo)を、360degインクリメントしたモータレゾルバの電気角θMeに更新する(S206)。右側に1回転していない場合には(S222:No)、モータレゾルバ44の電気角が左側に1回転したか否かを判断する(S224)。電気角が左側に1回転領域変わったと判断した場合には(S224:Yes)、S225にてモータレゾルバの電気角回転数Nmから1を減じ(デクリメント)た後、前回値(モータレゾルバの電気角過去記憶θMeo)を360degデククリメントしたモータレゾルバ44の電気角θMeに更新する(S226)。他方、電気角の回転領域が変わっていない場合には(S224:No)、前回値(モータレゾルバの電気角過去記憶θMeo)を、現在のモータレゾルバの電気角θMeに更新する(S226)。以上により処理を終了する。
【0052】
第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44の電気角回転数からそれぞれ操舵角を演算し、演算した操舵角を多数決判定することで、回転角センサの故障を検出する操舵角演算処理(図6(B)に示すS300)について、当該処理のサブルーチンを示す図9を参照して説明する。
先ず、第1レゾルバ35の電気角θT1eに基づき第1レゾルバ側操舵角θT1を、第2レゾルバ37の電気角θT2eに基づき第2レゾルバ側操舵角θT2を、モータレゾルバ44の電気角θMeに基づきモータ側操舵角θMを、図中の式を用いて演算する(S302)。
【0053】
次に、第1レゾルバ側操舵角θT1から第2レゾルバ側操舵角θT2を引いた値が所定の閾値(θT1 とθT2との偏差閾値θspr)より小さいか否かにより、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37のいずれかに問題が発生していないかを確認する(S304)。ここで、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37のいずれにも問題が無い場合には(S304:Yes)、第1レゾルバ35の正常/異常フラグFT1及び第2レゾルバ37の正常/異常フラグFT2をリセット(0:正常)する(S306)。そして、第1レゾルバ側操舵角θT1の値を最新の絶対操舵角θAとし処理を終了する(S308)。即ち、通常時は、第1レゾルバ35で操舵角を検出する。
【0054】
一方、上述した第1レゾルバ35での操舵角と第2レゾルバ37での操舵角との差が偏差閾値θsprより大きい場合は、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37のいずれかに問題が有るため(S304:No)、先ず、第1レゾルバ側操舵角θT1からモータ側操舵角θMを引いた値が所定の閾値(トルクセンサ側操舵角とモータ側操舵角の偏差閾値θmot)より小さいか否かにより、第2レゾルバ37側で問題が発生していないかを検討する(S310)。ここで、引いた値が閾値θmotより小さく、第2レゾルバ37側にて異常が発生している場合には(S310:Yes)、第2レゾルバ37の正常/異常フラグFT2をセット(1:異常)し(S312)、S308へ移行し、第1レゾルバ側操舵角θT1の値を最新の絶対操舵角θAとして処理を終了する。
【0055】
他方、第1レゾルバ35側に問題がある場合には(S310:No)、第2レゾルバ37側で問題が発生していないかを更に確認する(S314)。ここでは、第2レゾルバ側操舵角θT2からモータ側操舵角θMを引いた値が偏差閾値θmotより小さいか否かにより判断する。ここで、引いた値が閾値θmotより小さく、第2レゾルバ37側は正常であり、第1レゾルバ35にて異常が発生している場合には(S314:Yes)、第1レゾルバ35の正常/異常フラグFT1をセット(1:異常)する(S316)。そして、第2レゾルバ側操舵角θT2の値を最新の絶対操舵角θAとし,、即ち、第2レゾルバ37で検出した操舵角を、第1レゾルバ35での操舵角に代用して終了する(S318)。一方、引いた値が閾値θmotより小さく、第1レゾルバ35のみならず第2レゾルバ37でも異常が発生している場合には(S314:No)、第1レゾルバ35の正常/異常フラグFT1及び第2レゾルバ37の正常/異常フラグFT2をセット(1:正常)し(S320)、トルクセンサ異常時の処理、例えば、アシストトルクを徐々に低下させる等の処理を行う(S322)。なお、この際に、第1レゾルバ35の電気角回転数Nt1を、モータレゾルバ44の操舵角θMに基づき設定することも可能である。
【0056】
第1実施形態に係る電気式動力舵取装置では、3個の回転角センサ(第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44)を用いてそれぞれ操舵角を求めるため、一のレゾルバが故障しても、操舵角を検出し続けることができ、ABS、VSC等の機能を維持することで、走行時の安全性を一層高めることができる。更に、3個の回転角センサ(第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44)により検出した操舵角に基づき多数決判定を行い、多数決判定の結果から操舵角を選択するため、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37の機能が適正か否かを常時判断でき、操舵角の信頼性を高めることが可能になる。
【0057】
引き続き、故障した第1レゾルバ35、第2レゾルバ37に対して、多数決判定により決定された操舵角に基づき電気角回転数を更新し、当該第1レゾルバ35、第2レゾルバ37の復帰に備える故障時の電気角回転数更新処理(図6(B)に示すS400)について、当該処理のサブルーチンを示す図10を参照して説明する。
先ず、第1レゾルバ35が故障で、第2レゾルバ37が正常である状態か否かを、第1レゾルバ正常/異常フラグFT1=1、及び、第2レゾルバ正常/異常フラグFT2=0か否かにより判断する(S402)。ここで、第1レゾルバ35が故障し、且つ、第2レゾルバ37が正常な場合には(S402:Yes)、第1レゾルバ35の電気角回転数Nt1を、上述した多数決判定により決定した絶対操舵角θA(ここでは、第2レゾルバ37より求めた操舵角θT2)に基づき図中の式から演算し更新する(S404)。
【0058】
他方、第1レゾルバ35が故障し、第2レゾルバ37が正常ではない状態である場合には(S402:No)、第1レゾルバ35が正常で且つ第2レゾルバ37が異常な状態か否かを、第1レゾルバ正常/異常フラグFT1=0、及び、第2レゾルバ正常/異常フラグFT2=1か否かにより判断する(S406)。ここで、第1レゾルバ35が正常で、且つ、第2レゾルバ37が異常な場合には(S406:Yes)、第2レゾルバ37の電気角回転数Nt2を、上述した多数決判定により決定した絶対操舵角θA(ここでは、第1レゾルバ35より求めた操舵角θT1)に基づき図中の式から演算し更新する(S408)。
【0059】
一方、第1レゾルバ35が正常で且つ第2レゾルバ37が異常で無い場合には(S406:No)、第1レゾルバ35及び第2レゾルバ37が共に異常な状態か否かを、第1レゾルバ正常/異常フラグFT1=1、及び、第2レゾルバ正常/異常フラグFT2=1か否かにより判断する(S410)。ここで、第1レゾルバ35及び第2レゾルバ37が共に異常な場合には(S410:Yes)、第1レゾルバ35の電気角回転数Nt1を絶対操舵角θAに基づき、同様に、第2レゾルバ37の電気角回転数Nt2を絶対操舵角θAに基づき図中の式から演算し更新する(S412)。ここで、絶対操舵角θAとしては更新されていない過去の値をそのまま用いることも、モータレゾルバ44の操舵角θMに基づき設定した絶対操舵角θAを用いることも可能である。
【0060】
本実施形態の電気式動力舵取装置では、不適と判断した第1レゾルバ35又は第2レゾルバ37に対して、当該レゾルバで検出した回転角と共に、多数決判定の結果から選択された操舵角(絶対操舵角θA)に対応する回転数を用いて操舵角を求める。このため、例えば、接触の不良等で瞬時的に断線になり、第1レゾルバ35又は第2レゾルバ37のいずれかで一時的に計数していた回転数が分からなくなっても、多数決判定の結果から選択された操舵角に対応する回転数を用いることで操舵角を求め続けれるため、復帰した後に、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37の計数を再開することで、適正に操舵角を求めることができる。このため、第1レゾルバ35又は第2レゾルバ37の何れかが瞬時的に動作不良を起こしても、動作不良を起こした第1レゾルバ35又は第2レゾルバ37が復帰したなら、適正にアシスト量を決定してモータの制御を再開することが可能で、更に、3個全ての回転角センサ(第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44)を用いて多数決判定を行うことができ、操舵角の信頼性を低下させることがない。
【0061】
なお、上述した構成では、第1レゾルバ35>第1レゾルバ35>モータレゾルバ44の優先順位で、絶対操舵角を求めている。第1レゾルバ35を最優先にしているのは、実際のステアリングホイール操舵角に最も近いからである。しかしながら、絶対操舵角の用途としてタイヤ側の切れ角を必要とする場合には、第2レゾルバ37>第1レゾルバ35>モータレゾルバ44とすることもできる。
【0062】
上述した実施形態では、回転角センサとしてレゾルバを用いる例を挙げたが、本発明の構成は、例えば、スリット板とフォトインタラプタとを用いる回転角センサ等にも適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。
【図2】図1に示す一点鎖線IIによる楕円内の拡大図である。
【図3】図1に示す一点鎖線III による楕円内の拡大図である。
【図4】本実施形態の電気式動力舵取装置を制御するECUとレゾルバとの接続構成を示すブロック図である。
【図5】ステアリングホイールの回転角に対する第1レゾルバおよび第2レゾルバによるレゾルバ出力信号、ステアリングホイールの機械角を示す特性図である。
【図6】図6(A)は、図4に示すCPUにより実行される操舵角演算処理を示すフローチャートであり、図6(B)は、図6(A)での操舵角演算処理中の通常処理のフローチャートである。
【図7】図6(A)に示す操舵角演算処理中の絶対位置検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】図6(B)に示す通常処理中の電気角回転数更新処理のサブルーチンを表すフローチャートである。
【図9】図6(B)に示す操舵角演算処理中の操舵角演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図10】図6(B)に示す操舵角演算処理中の故障時の電気角回転数更新処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
20 電気式動力舵取装置
21 ステアリングホイール
22 ステアリング軸
23 ピニオン軸
23c ピニオンギヤ
24 ラック軸
24a ラック溝
30 トルクセンサ
35 第1レゾルバ
37 第2レゾルバ
40 モータ
44 モータレゾルバ (第3レゾルバ)
50 ボールねじ機構
60 ECU
θT1e 第1レゾルバの電気角
θT2e 第2レゾルバの電気角
θMe 実モータ電気角
θTm ステアリングホイールの機械角
θMe(A) 演算モータ電気角
θAm 絶対操舵角 (操舵角)
Claims (3)
- ステアリングホイールと、このステアリングホイールに連結されたステアリング軸の回転角を検出する第1回転角センサと、アシスト量を決定するための第2回転角センサと、前記ステアリング軸に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータと、このモータの回転角を検出する第3回転角センサとを備える電気式動力舵取装置であって、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサの内の少なくとも2つにより検出した回転角からそれぞれ操舵角を求め、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサにより検出した回転角に基づき多数決判定を行い、多数決判定の結果から求められた前記操舵角の一方を選択することを特徴とする電気式動力舵取装置。 - ステアリングホイールと、このステアリングホイールに連結されたステアリング軸の回転角を検出する第1回転角センサと、前記ステアリング軸の回転角を弾性部材を介して検出する第2回転角センサと、前記ステアリング軸に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータと、このモータの回転角を検出する第3回転角センサとを備え、第1回転角センサで検出した回転角と第2回転角センサで検出した回転角との差からアシスト量を決定して前記モータを制御する電気式動力舵取装置であって、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサにより検出した回転角からそれぞれ操舵角を求め、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサにより求めた操舵角に基づき多数決判定を行い、多数決判定の結果から前記操舵角の1つを選択することを特徴とする電気式動力舵取装置。 - ステアリングホイールと、このステアリングホイールに連結されたステアリング軸の回転角を検出する第1回転角センサと、前記ステアリング軸の回転角を弾性部材を介して検出する第2回転角センサと、前記ステアリング軸に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータと、このモータの回転角を検出する第3回転角センサとを備え、第1回転角センサで検出した回転角と第2回転角センサで検出した回転角との差からアシスト量を決定して前記モータを制御する電気式動力舵取装置であって、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサにより検出した回転角及び計数したステアリングホイール回転数からそれぞれ操舵角を求めると共に、前記第3回転角センサにより検出した回転角及び計数したモータ回転数から操舵角を求め、
前記第1回転角センサ、前記第2回転角センサ、前記第3回転角センサにより求めた操舵角に基づき多数決判定を行い、回転角センサの適否を判断すると共に、多数決判定の結果から前記操舵角の1つを選択し、
不適と判断した回転角センサに対して、当該回転角センサで検出した回転角と共に、前記多数決判定の結果から選択された操舵角に対応する回転数から操舵角を求めることを特徴とする電気式動力舵取装置。
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