JP2017081387A

JP2017081387A - センサ装置及び電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2017081387A
Application number: JP2015211126A
Authority: JP
Inventors: 大脇　淳一; Junichi Owaki; 淳一大脇; 智幸村▲瀬▼; Tomoyuki Murase
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-05-18
Also published as: EP3369644A1; US20180304916A1; CN108349525A; KR20180074679A; WO2017073202A1

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置のセンサ装置による検出の安定性を向上させる。【解決手段】センサ装置１００は、電動パワーステアリング装置１０１における操舵トルクを検出するメインセンサ４１及びサブセンサ４２と、第１及び第２内部電源４３，４４と、第１及び第２内部電源４３，４４にそれぞれ接続されると共に各内部電源からメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給可能な第１及び第２電源ライン５０，５１と、第１及び第２電源ライン５０，５１のうちメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給する電源ラインを選択的に切り換える第１切換スイッチ４５及び第２切換スイッチ４６と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、センサ装置及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

特許文献１には、複数のセンサに電力を供給する複数の電源を備える電動パワーステアリング装置用のセンサ装置が開示されている。

特開２０１５−３４７３７号公報

特許文献１に開示のセンサ装置では、複数のセンサを設けることにより、確実に状態量を検出して電動パワーステアリング装置の安全性を高める冗長化が行われている。しかしながら、このセンサ装置では、複数のセンサには、それぞれ独立した複数の電源から電力が供給される。このため、電源が失陥すると、対応するセンサが作動しなくなり、冗長性が損なわれるおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置のセンサ装置による検出の安定性を向上させることを目的とする。

第１の発明は、電動パワーステアリング装置に用いられるセンサ装置であって、電動パワーステアリング装置における同一の状態情報を検出する複数の検出部と、複数の電源と、複数の電源にそれぞれ接続されると共に各電源から複数の検出部の全てに電力を供給可能な複数の電源ラインと、複数の電源ラインのうち複数の検出部に電力を供給する電源ラインを選択的に切り換える切換部と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、切換部が、複数の電源ラインのそれぞれに設けられ電源ラインの遮断と通電を切り換える複数の切換スイッチであることを特徴とする。

第１及び第２の発明では、複数の電源がそれぞれ電源ラインを通じて複数の検出部全てに電力を供給可能である。このため、一つの電源が失陥した場合であっても、複数の検出部に電力を供給する電源ラインを切換部によって切り換えることにより、複数の検出部の全てへの電力供給が維持される。

第３の発明は、検出部が、操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出することを特徴とする。

第３の発明では、複数の検出部への電力供給が維持されるため、センサ装置が安定して操舵トルクを検出することができる。

第４の発明は、切換部が、電源ラインの電圧値に基づいて、複数の検出部に電力を供給する電源ラインを切り換えることを特徴とする。

第４の発明では、電源ラインの電圧値に基づいて複数の電源の失陥が検知され、複数の検出部に電力を供給する電源ラインが切り換えられる。

第５の発明は、電動パワーステアリング装置であって、操舵ハンドルから操舵トルクが入力されて回転するステアリングシャフトと、車輪を転舵するラック軸に操舵トルクを補助する回転トルクを付与する電動モータと、第１から第４の発明のいずれか一つに記載のセンサ装置と、センサ装置の検出結果に基づいて電動モータの駆動を制御するモータコントローラと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電動パワーステアリング装置のセンサ装置による検出の安定性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。本発明の実施形態に係るセンサ装置を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係るセンサ装置１００及び電動パワーステアリング装置１０１の全体構成について説明する。

電動パワーステアリング装置１０１は、図１に示すように、操舵ハンドル１から入力される操舵トルクによって回転する入力軸３と、下端がラック軸１０に連係する出力軸４と、入力軸３と出力軸４とを連結するトーションバー５と、を備える。電動パワーステアリング装置１０１は、出力軸４の下端に設けられるピニオン６と噛み合うラック軸１０を軸方向に移動させることによって車輪８を転舵する。入力軸３と出力軸４とによってステアリングシャフト２が構成される。

電動パワーステアリング装置１０１は、ドライバによる操舵ハンドル１の操舵を補助するための動力源である電動モータ２０と、電動モータ２０の回転をステアリングシャフト２に減速して伝達する減速機２１と、電動パワーステアリング装置１０１の状態情報としての操舵トルクを検出するセンサ装置１００と、センサ装置１００の検出結果に基づいて電動モータ２０の駆動を制御するモータコントローラ３１（図２参照）を有するＥＣＵ３０と、をさらに備える。

電動モータ２０には、電動モータ２０の回転角度を検出する角度検出器としてのレゾルバ２２が設けられる。レゾルバ２２の検出結果は、モータコントローラ３１に出力される。モータコントローラ３１は、レゾルバ２２の検出結果に基づいて電動モータ２０の回転速度を演算する。なお、角度検出器は、レゾルバ２２に限らず、電動モータ２０の回転角度を検出するものであればよい。例えば、角度検出器は、ホールセンサなどであってもよい。

減速機２１は、電動モータ２０の回転軸（図示省略）に連結されるウォームシャフト２１ａと、出力軸４に連結されウォームシャフト２１ａに噛み合うウォームホイール２１ｂと、からなる。電動モータ２０が出力するトルクは、ウォームシャフト２１ａからウォームホイール２１ｂに伝達されて出力軸４にアシストトルクとして付与される。

センサ装置１００は、図２に示すように、操舵ハンドル１から入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ４０と、ＥＣＵ３０内に設けられる複数の電源としての第１及び第２内部電源４３，４４と、第１内部電源４３からトルクセンサ４０に電力を供給可能な第１電源ライン５０と、第２内部電源４４からトルクセンサ４０に電力を供給可能な第２電源ライン５１と、第１電源ライン５０に設けられ第１電源ライン５０の通電と遮断とを切り換える第１切換スイッチ４５と、第２電源ライン５１に設けられ第２電源ライン５１の通電と遮断とを切り換える第２切換スイッチ４６と、を有する。

トルクセンサ４０は、トーションバー５に付与される操舵トルクを入力軸３と出力軸４の相対回転に基づいて検出するものである。トルクセンサ４０の検出結果は、モータコントローラ３１に出力される。モータコントローラ３１は、トルクセンサ４０からの検出結果に基づいて電動モータ２０が出力するトルクを演算し、そのトルクを発生するように電動モータ２０の駆動を制御する。このように、電動パワーステアリング装置１０１は、操舵ハンドル１から入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ４０の検出結果に基づいて電動モータ２０を駆動し、ドライバによる操舵ハンドル１の操舵を補助する。

トルクセンサ４０は、検出部としてのメインセンサ４１及びサブセンサ４２を備える。メインセンサ４１及びサブセンサ４２は、トーションバー５に付与される操舵トルクをそれぞれ検出して、モータコントローラ３１に出力する。モータコントローラ３１は、メインセンサ４１の検出結果に基づいて、電動モータ２０の駆動を制御する。また、モータコントローラ３１は、メインセンサ４１とサブセンサ４２の出力電圧を互いに比較することにより、トルクセンサ４０に異常があるか否かを判定する。つまり、トルクセンサ４０は、トルクを検出する検出部として、電動モータ２０の駆動を制御するためのメインセンサ４１に加えて、トルクセンサ４０の異常を判定するためにサブセンサ４２をさらに有している。このように、トルクセンサ４０が２つのセンサを有することにより、トルクセンサ４０に異常があるか否かを判定することができる。

メインセンサ４１及びサブセンサ４２には、それぞれ第１供給ライン５２及び第２供給ライン５３が接続される。第１供給ライン５２及び第２供給ライン５３を通じて、メインセンサ４１及びサブセンサ４２に電力が供給される。第１供給ライン５２及び第２供給ライン５３は、それぞれ共通ライン５４に接続される。共通ライン５４は、第１電源ライン５０及び第２電源ライン５１に接続される。よって、第１内部電源４３及び第２内部電源４４のそれぞれが、第１電源ライン５０又は第２電源ライン５１、共通ライン５４、第１及び第２供給ライン５３を通じて、メインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給することができる。つまり、トルクセンサ４０とＥＣＵ３０とは、共通ライン５４によって電気的に接続される。

トルクセンサ４０とＥＣＵ３０とは、共通ライン５４によって接続されることにより、使用する電線を少なくすることができる。しかしながら、例えば、第１電源ライン５０と第１供給ライン５２及び第２供給ライン５３とを接続するラインと、第２電源ライン５１と第１供給ライン５２及び第２供給ライン５３とを接続するラインと、を別々に設けて、トルクセンサ４０とＥＣＵ３０とを接続してもよい。

第１電源ライン５０における第１切換スイッチ４５と第１内部電源４３との間には、第１電源ライン５０の電圧値を検出する第１電圧センサ４７が設けられる。第２電源ライン５１における第２切換スイッチ４６と第２内部電源４４との間には、第２電源ライン５１の電圧値を検出する第２電圧センサ４８が設けられる。共通ライン５４には、トルクセンサ４０に供給される電圧値を検出する第３電圧センサ４９が設けられる。第１、第２、及び第３電圧センサ４７，４８，４９の検出結果は、モータコントローラ３１に出力される。

モータコントローラ３１は、第１、第２、及び第３電圧センサ４７，４８，４９の検出結果に基づき、第１及び第２切換スイッチ４５，４６のＯＮ／ＯＦＦを制御する。第１及び第２切換スイッチ４５，４６のＯＮ／ＯＦＦが切り換えられることにより、第１内部電源４３からメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給するか、または第２内部電源４４からメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給するか、が選択的に切り換えられる。このように、第１及び第２切換スイッチ４５，４６が、第１及び第２電源ライン５０，５１のうちメインセンサ４１及びサブセンサ４２に電力を供給する電源ラインを選択的に切り換える切換部を構成する。

ステアリングシャフト２には、図１に示すように、操舵ハンドル１の操舵角を検出する操舵角センサ６０が設けられる。操舵角センサ６０の検出結果はモータコントローラ３１に出力される。

モータコントローラ３１は、電動モータ２０の動作を制御するＣＰＵと、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭと、トルクセンサ４０、レゾルバ２２、及び操舵角センサ６０等の各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭと、を備える。

次に、図２を参照して、電動パワーステアリング装置１０１及びセンサ装置１００の作用について説明する。

第１内部電源４３及び第２内部電源４４の両方が正常な状態である通常時には、図２に示すように、第１切換スイッチ４５がＯＮに切り換えられて第１電源ライン５０の通電が許容される一方、第２切換スイッチ４６がＯＦＦに切り換えられて第２電源ライン５１が遮断される。これにより、メインセンサ４１及びサブセンサ４２には、第１電源ライン５０、共通ライン５４、第１及び第２供給ライン５２，５３を通じて第１内部電源４３から電力が供給される。メインセンサ４１及びサブセンサ４２は、第１内部電源４３から電力供給を受けて、操舵トルクをそれぞれ検出してモータコントローラ３１に出力する。

モータコントローラ３１は、メインセンサ４１の検出結果に基づき、電動モータ２０の回転を制御する。これにより、ステアリングシャフト２には、電動モータ２０からのアシストトルクが付与される。

また、モータコントローラ３１は、メインセンサ４１とサブセンサ４２の検出結果を比較して、トルクセンサ４０の異常の有無を判定する。このように、サブセンサ４２はトルクセンサ４０の異常を判定するために設けられる。

さらに、モータコントローラ３１は、第１及び第２電圧センサ４７，４８の検出結果に基づいて、第１及び第２内部電源４３，４４に異常があるか否かを判定する。例えば、モータコントローラ３１は、通常時に電力供給する第１内部電源４３の電圧信号に異常な値を検知した場合には、第１内部電源４３に異常があると判定する。また、モータコントローラ３１は、第１及び第３電圧センサ４７，４９の検出結果に基づいて、第１切換スイッチ４５に異常があるか否かを判定する。

モータコントローラ３１が第１及び第２内部電源４３，４４に異常がないと判定した場合には、第１切換スイッチ４５がＯＮであり、第２切換スイッチ４６がＯＦＦである状態が維持される。つまり、第１内部電源４３からメインセンサ４１及びサブセンサ４２への電力供給が維持される。

第１電圧センサ４７や第３電圧センサ４９が電圧信号の異常な値を検知してモータコントローラ３１が第１内部電源４３や第１切換スイッチ４５に異常があると判定すると、モータコントローラ３１から第１切換スイッチ４５をＯＦＦに切り換える信号が出力されると共に第２切換スイッチ４６をＯＮにする信号が出力される。これにより、メインセンサ４１及びサブセンサ４２に電力を供給する内部電源が、第１内部電源４３から第２内部電源４４に切り換えられる。

ここで、トルクセンサ４０による操舵トルクの検知ができなくなると、電動モータ２０により適切なアシストトルクを付与できなくなり、操舵ハンドル１が重くなってしまう。このように操舵ハンドル１が重くなると、ドライバの運転に支障が生じ、安全運転が阻害されるおそれがある。したがって、トルクセンサ４０は、走行時の安全性確保のために、操舵トルクの検出の安定性が特に求められる。このため、トルクセンサ４０では、メインセンサ４１及びサブセンサ４２の２つのセンサによってトルクセンサ４０の異常を判定して、電動パワーステアリング装置１０１の安全性を高める冗長化が行われている。

トルクセンサ４０のメインセンサ４１及びサブセンサ４２という２つのセンサに、単一の内部電源から電力供給する場合には、内部電源が失陥するとメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方が作動しなくなる。また、メインセンサ４１及びサブセンサ４２に２つの内部電源からそれぞれ独立して電力供給する場合には、一方の内部電源が失陥するとその内部電源に対応するメインセンサ４１及びサブセンサ４２の一方が作動しなくなる。よって、これらの場合には、トルクセンサ４０による検出の安定性が不十分なものになる。

これに対し、センサ装置１００では、第１及び第２内部電源４３，４４のそれぞれがメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給可能であり、電力を供給する電源は第１及び第２切換スイッチ４５，４６により切り換えられる。よって、一方の内部電源が失陥した場合であっても、電力を供給する電源を切り換えることにより、メインセンサ４１及びサブセンサ４２への電力供給が維持されて、センサ装置１００が安定して操舵トルクを検出することができる。したがって、電動モータ２０によって適切なアシストトルクをステアリングシャフト２に付与することができ、車両の安全性が確保される。

また、センサ装置１００は、電動モータ２０等と比較して消費電力が小さいため、第１及び第２内部電源４３，４４の２つを有していても、大幅なコスト増加を招くことがない。つまり、センサ装置１００は、コスト増加を低減しつつ車両の安全性を確保することができる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、操舵トルクを検出するメインセンサ４１及びサブセンサ４２が複数の検出部に相当する。これに対して、複数の検出部は、複数の操舵角センサ６０であってもよい。また、複数のトルクセンサ４０及び複数の操舵角センサ６０の両方が、検出部であってもよい。電動パワーステアリング装置１０１の状態情報とは、操舵トルクや操舵角等、電動パワーステアリング装置１０１に用いられる各種センサによって検出される情報のことである。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

センサ装置１００では、第１及び第２内部電源４３，４４がそれぞれ第１及び第２電源ライン５０，５１を通じてトルクセンサ４０のメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給可能である。このため、第１及び第２内部電源４３，４４の一方が失陥した場合であっても、メインセンサ４１及びサブセンサ４２に電力を供給する電源ラインを第１切換スイッチ４５及び第２切換スイッチ４６によって切り換えることにより、メインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方への電力供給が維持される。したがって、電動パワーステアリング装置１０１のセンサ装置１００による検出の安定性を向上させることができる。

また、センサ装置１００によれば、トルクセンサ４０のメインセンサ４１及びサブセンサ４２への電力供給が維持されて、センサ装置１００が安定して操舵トルクを検出することができる。したがって、電動モータ２０によって適切なアシストトルクをステアリングシャフト２に付与することができ、車両の安全性が確保される。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

電動パワーステアリング装置１０１に用いられるセンサ装置１００は、電動パワーステアリング装置１０１における同一の状態情報として操舵トルクを検出するメインセンサ４１及びサブセンサ４２と、第１及び第２内部電源４３，４４と、第１及び第２内部電源４３，４４にそれぞれ接続されると共に各内部電源からメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給可能な第１及び第２電源ライン５０，５１と、第１及び第２電源ライン５０，５１のうちメインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方に電力を供給する電源ラインを選択的に切り換える切換部（第１切換スイッチ４５，第２切換スイッチ４６）と、を備える。

また、センサ装置１００は、切換部が、第１及び第２電源ライン５０，５１のそれぞれに設けられ第１及び第２電源ライン５０，５１の遮断と通電をそれぞれ切り換える第１切換スイッチ４５及び第２切換スイッチ４６である。

これらの構成では、第１及び第２内部電源４３，４４がそれぞれ第１及び第２電源ライン５０，５１を通じてメインセンサ４１及びサブセンサ４２の全てに電力を供給可能である。このため、一方の内部電源が失陥した場合であっても、メインセンサ４１及びサブセンサ４２に電力を供給する電源ラインを切換部（第１切換スイッチ４５，第２切換スイッチ４６）によって切り換えることにより、メインセンサ４１及びサブセンサ４２の両方への電力供給が維持される。したがって、電動パワーステアリング装置１０１のセンサ装置１００による検出の安定性を向上させることができる。

また、センサ装置１００では、検出部が、操舵ハンドル１から入力される操舵トルクを検出する。

この構成では、メインセンサ４１及びサブセンサ４２への電力供給が維持されるため、センサ装置１００が安定して操舵トルクを検出することができる。したがって、電動モータ２０によって適切なアシストトルクをステアリングシャフト２に付与することができ、車両の安全性が確保される。

また、センサ装置１００では、切換部（第１切換スイッチ４５，第２切換スイッチ４６）が、第１及び第２電源ライン５０，５１の電圧値に基づいて、メインセンサ４１及びサブセンサ４２に電力を供給する電源ラインを切り換える。

この構成によれば、第１及び第２電源ライン５０，５１の電圧値に基づいて、第１及び第２内部電源４３，４４の失陥が検知され、メインセンサ４１及びサブセンサ４２に電力を供給する電源ラインが切り換えられる。

また、電動パワーステアリング装置１０１は、操舵ハンドル１から操舵トルクが入力されて回転するステアリングシャフト２と、車輪８を転舵するラック軸１０に操舵トルクを補助する回転トルクを付与する電動モータ２０と、上記各構成のいずれか一つに記載のセンサ装置１００と、センサ装置１００の検出結果に基づいて電動モータ２０の駆動を制御するモータコントローラ３１と、を備える。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…操舵ハンドル、２…ステアリングシャフト、８…車輪、１０…ラック軸、２０…電動モータ、２１…減速機、３０…ＥＣＵ、３１…モータコントローラ、４１…メインセンサ（検出部）、４２…サブセンサ、４３…第１内部電源（電源）、４４…第２内部電源（電源）、４５…第１切換スイッチ（切換部）、４６…第２切換スイッチ（切換部）、５０…第１電源ライン（電源ライン）、５１…第２電源ライン（電源ライン）、１００…センサ装置、１０１…電動パワーステアリング装置

Claims

電動パワーステアリング装置に用いられるセンサ装置であって、
前記電動パワーステアリング装置における同一の状態情報を検出する複数の検出部と、
複数の電源と、
前記複数の電源にそれぞれ接続されると共に前記各電源から前記複数の検出部の全てに電力を供給可能な複数の電源ラインと、
前記複数の電源ラインのうち前記複数の検出部に電力を供給する前記電源ラインを選択的に切り換える切換部と、を備えることを特徴とするセンサ装置。
前記切換部は、前記複数の電源ラインのそれぞれに設けられ前記電源ラインの遮断と通電を切り換える切換スイッチであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
前記検出部は、操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
前記切換部は、前記電源ラインの電圧値に基づいて、前記複数の検出部に電力を供給する前記電源ラインを切り換えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のセンサ装置。
操舵ハンドルから操舵トルクが入力されて回転するステアリングシャフトと、
車輪を転舵するラック軸に前記操舵トルクを補助する回転トルクを付与する電動モータと、
請求項１から４のいずれか一つに記載のセンサ装置と、
前記センサ装置の検出結果に基づいて前記電動モータの駆動を制御するモータコントローラと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。